JP6906360B2 - Focus detector and its control method - Google Patents
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Description
本発明は、焦点検出装置およびその制御方法に関する。 The present invention relates to a focus detection device and a control method thereof.
2次元配置された画素の各々にマイクロレンズが形成された撮像素子を用い、瞳分割方式の焦点検出を行う装置が特許文献1に開示されている。この装置では、1つのマイクロレンズを2つの光電変換部で共有する構成を有する。これにより、マイクロレンズを共有する2つの光電変換部のうち、第1の光電変換部では撮影光学系の射出瞳内の第1の領域を出射する光束に基づく信号が得られる。また、第2の光電変換部では、撮影光学系の射出瞳内の第2の領域を出射する光束に基づく信号が得られる。複数の第1の光電変換部から得られる信号列と複数の第2の光電変換部から得られる信号列との相関演算を行って信号列の位相差(位相ずれ量)を算出し、位相差からデフォーカス量を算出することができる。
また、マイクロレンズを共有する第1の光電変換部と第2の光電変換部の出力を加算することで、マイクロレンズあたり1つの光電変換部を有する一般的な画素と同様の出力を得ることができる。そのため、1つの画素から、第1の光電変換部の出力(A信号)、第2の光電変換部の出力(B信号)、および第1の光電変換部と第2の光電変換部の加算出力(A+B信号)という3種類の出力を得ることができる。特許文献1では、一方の光電変換部の出力(例えばA信号)を読み出した後でA+B信号を読み出し、B信号は個別に読み出しせずに、A+B信号からA信号を減じることで生成している。これにより、3種類の信号を2回の読み出しで取得することができる。
Further, by adding the outputs of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit that share the microlens, it is possible to obtain the same output as a general pixel having one photoelectric conversion unit per microlens. can. Therefore, from one pixel, the output of the first photoelectric conversion unit (A signal), the output of the second photoelectric conversion unit (B signal), and the additional output of the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit. Three types of outputs (A + B signal) can be obtained. In
例えば、A信号とB信号とを読み出し、A+B信号は読み出さずにA信号とB信号とを加算して生成しても、2回の読み出しで3種類の信号を取得することは可能である。しかし、A信号とB信号とにはそれぞれ読み出し回路に起因するランダムノイズが含まれる。そのため、A信号とB信号とを加算して得られるA+B信号には加算されたランダムノイズが含まれる。ランダムノイズの増加は画質を低下させるため、特許文献1では、A+B信号は読み出して取得し、A+B信号からA(またはB)信号を減じてB(またはA)信号を生成している。
For example, even if the A signal and the B signal are read and the A + B signal is not read and the A signal and the B signal are added and generated, it is possible to acquire three types of signals by reading twice. However, the A signal and the B signal each include random noise caused by the read circuit. Therefore, the added random noise is included in the A + B signal obtained by adding the A signal and the B signal. Since an increase in random noise lowers the image quality, in
焦点検出を行う場合、A信号から相関演算用のA信号列を生成し、A+B信号からA信号を減じて生成したB信号から相関演算用のB信号列を生成することにより、焦点検出用の像信号対を生成する。そして、A信号列とB信号列との相対的なシフト量を変えながら相関量を演算し、相関量が最小になる(相関が最大になる)シフト量を探索する。しかしながら、A+B信号からA信号を減じて生成したB信号は、A信号に含まれるノイズ成分と相関を有するノイズ成分を含むため、A信号列とB信号列とのシフト量が0のとき、他のシフト量に対してノイズ成分の大きさが特異な値を有する。そして、例えば被写体のコントラストや輝度が低い場合のように、SN比が低い状態において、シフト量0のときのノイズ成分によって焦点検出精度が低下する場合がある。 When focus detection is performed, the A signal string for correlation calculation is generated from the A signal, and the B signal string for correlation calculation is generated from the B signal generated by subtracting the A signal from the A + B signal, thereby performing focus detection. Generate an image signal pair. Then, the correlation amount is calculated while changing the relative shift amount between the A signal string and the B signal string, and the shift amount that minimizes the correlation amount (maximizes the correlation) is searched for. However, since the B signal generated by subtracting the A signal from the A + B signal contains a noise component having a correlation with the noise component contained in the A signal, when the shift amount between the A signal string and the B signal string is 0, the other The magnitude of the noise component has a peculiar value with respect to the shift amount of. Then, in a state where the SN ratio is low, for example, when the contrast or brightness of the subject is low, the focus detection accuracy may decrease due to the noise component when the shift amount is 0.
また、像信号対を構成する信号列間のノイズ成分が相関を有するのは、B信号をA+B信号からA信号を減じて生成する場合だけに限らない。例えば、第1の光電変換部と第2の光電変換部から読み出される信号が同じアンプで増幅される場合など、信号経路中のノイズ源を共有する場合にも、像信号対を構成する信号列間のノイズ成分は相関を有する。 Further, the noise components between the signal sequences constituting the image signal pair have a correlation only when the B signal is generated by subtracting the A signal from the A + B signal. For example, when the signals read from the first photoelectric conversion unit and the second photoelectric conversion unit are amplified by the same amplifier, and when the noise source in the signal path is shared, the signal strings constituting the image signal pair are also formed. The noise components in between have a correlation.
本発明はこのような従来技術の課題に鑑みてなされたものである。本発明は、撮像素子から得られる像信号対に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置およびその制御方法において、像信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することを目的とする。 The present invention has been made in view of such problems of the prior art. The present invention relates to a focus detection device that performs phase difference detection type focus detection based on an image signal pair obtained from an image sensor and a control method thereof, and affects the influence of correlated noise contained in the image signal pair on focus detection. The purpose is to suppress it.
上述の目的は、撮影光学系の射出瞳の第1の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第1の光電変換部から得られる複数の第1の信号と、撮影光学系の射出瞳の第2の瞳領域を通過する光束を受光する複数の第2の光電変換部から得られる複数の第2の信号とから、複数の像信号対を生成する生成手段と、複数の像信号対のそれぞれについて、 像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、1対の像信号の位相差を算出する算出手段と、算出手段が算出した位相差に基づいて撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、生成手段は、第1の信号から第1の像信号を、第2の信号から第2の像信号を生成し、複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する第1の像信号と第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する第1の像信号と第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、調節手段は、被写体のコントラストの評価値が閾値以上である場合には第1の像信号対の位相差に基づいて、評価値が閾値未満である場合には第2の像信号対の位相差に基づいて、撮影光学系の合焦距離を調節する、ことを特徴とする焦点検出装置によって達成される。 The above-mentioned purpose is to obtain a plurality of first signals obtained from a plurality of first photoelectric conversion units that receive a light beam passing through the first pupil region of the ejection pupil of the photographing optical system, and the ejection pupil of the photographing optical system. A generation means for generating a plurality of image signal pairs from a plurality of second signals obtained from a plurality of second photoelectric conversion units that receive a light beam passing through the second pupil region, and a plurality of image signal pairs. For each, a calculation means for calculating the phase difference of the pair of image signals by correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair, and a photographing optical system based on the phase difference calculated by the calculation means. A focus detection device having an adjusting means for adjusting the focusing distance, each of a plurality of image signal pairs is composed of a first image signal and a second image signal, and the generating means is a first image signal. A first image signal is generated from the signal, and a second image signal is generated from the second signal. Among the plurality of image signal pairs, the first image signal and the second image forming the first image signal pair. The correlation of the noise component contained in the first image signal and the second image signal constituting the second image signal pair is lower than the correlation of the noise component contained in the signal, and the adjusting means is the contrast of the subject. when the evaluation value of is greater than or equal to the threshold based on the phase difference between the first image signal to, if the evaluation value is less than the threshold value based on the phase difference of the second image signal to the photographing optical system It is achieved by a focus detector characterized by adjusting the focusing distance of the.
本発明によれば、撮像素子から得られる像信号対に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置およびその制御方法において、像信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することが可能となる。 According to the present invention, in a focus detection device that performs phase difference detection type focus detection based on an image signal pair obtained from an image sensor and a control method thereof, correlated noise contained in the image signal pair gives focus detection. It is possible to suppress the influence.
●(第1の実施形態)
以下、本発明の例示的な実施形態について、添付図面を参照して詳細に説明する。ここでは、本発明に係る焦点検出装置をレンズ交換式のデジタル一眼レフカメラ(カメラシステム)に適用した実施形態について説明する。しかしながら本発明に係る焦点検出装置は、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を生成可能な撮像素子を有する任意の電子機器に適用可能である。このような電子機器には、デジタルスチルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ一般はもとより、カメラ機能を有する携帯電話機、コンピュータ機器、メディアプレーヤ、ロボット機器、ゲーム機器、家電機器などが含まれるが、これらに限定されない。
● (First embodiment)
Hereinafter, exemplary embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings. Here, an embodiment in which the focus detection device according to the present invention is applied to an interchangeable lens type digital single-lens reflex camera (camera system) will be described. However, the focus detection device according to the present invention can be applied to any electronic device having an image pickup device capable of generating a signal used for focus detection of a phase difference detection method. Such electronic devices include not only cameras such as digital still cameras and digital video cameras in general, but also mobile phones having camera functions, computer devices, media players, robot devices, game devices, home appliances, and the like. Not limited to.
図1は、本発明の実施形態に係る焦点検出装置を備える撮像装置の一例としての、撮影レンズを交換可能なカメラと撮影レンズからなるカメラシステムの構成例を示す図である。図1において、カメラシステムはカメラ100と、交換可能な撮影レンズ300とから構成される。
FIG. 1 is a diagram showing a configuration example of a camera system including a camera having an interchangeable shooting lens and a shooting lens as an example of an imaging device including the focus detection device according to the embodiment of the present invention. In FIG. 1, the camera system comprises a
撮影レンズ300を通過した光束は、レンズマウント106を通過し、メインミラー130により上方へ反射されて光学ファインダ104に入射する。光学ファインダ104により、撮影者は被写体光学像を観察しながら撮影できる。光学ファインダ104内には、表示部54の一部の機能、例えば、合焦表示、手振れ警告表示、絞り値表示、露出補正表示等が設置されている。
The luminous flux that has passed through the photographing
メインミラー130の一部は半透過性のハーフミラーで構成され、メインミラー130に入射する光束のうち一部はこのハーフミラー部分を通過し、サブミラー131で下方へ反射されて焦点検出装置105へ入射する。焦点検出装置105は、2次結像光学系とラインセンサを有する位相差検出方式の焦点検出装置であり、1対の像信号をAF部(オートフォーカス部)42に出力する。AF部42では、1対の像信号に対して位相差検出演算を行い、撮影レンズ300のデフォーカスの量および方向を求める。この演算結果に基づき、システム制御部50が、撮影レンズ300のフォーカス制御部342(後述)に対してフォーカスレンズの駆動制御を行う。
A part of the
撮影レンズ300の焦点調節処理が終了して静止画撮影を行う場合や、電子ファインダ表示を行う場合、動画撮影を行う場合には、不図示のクイックリターン機構によりメインミラー130とサブミラー131を光路外に退避させる。そうすると、撮影レンズ300を通過してカメラ100に入射する光束は、露光量を制御するためのシャッター12を介して、撮像素子14に入射可能になる。撮像素子14による撮影動作終了後には、メインミラー130とサブミラー131は図示する様な位置に戻る。
When the focus adjustment process of the photographing
撮像素子14はCCDまたはCMOSイメージセンサであり、光電変換領域(またはフォトダイオード)を有する画素が複数、2次元的に配置された構成を有する。撮像素子14は被写体光学像に対応する電気信号を出力する。撮像素子14にて光電変換された電気信号はA/D変換器16へ送られ、アナログ信号出力がデジタル信号(画像データ)に変換される。なお、後述するように、A/D変換器16は撮像素子14に組み込まれてもよい。
The
本実施形態に係る撮像素子14は少なくとも一部の画素が複数の光電変換領域(またはフォトダイオード)を有するように構成されている。上述の通り、このような構成を有する画素は、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を出力可能である。従って、クイックリターン機構によりメインミラー130とサブミラー131が光路外に退避し、焦点検出装置105に光が入射しない場合であっても、撮像素子14の出力を用いた位相差検出方式の焦点検出が可能である。
The
タイミング発生回路18は、撮像素子14、A/D変換器16、D/A変換器26にクロック信号や制御信号を供給する。タイミング発生回路18はメモリ制御部22及びシステム制御部50により制御される。複数の光電変換領域を有する画素から、一部の光電変換領域の出力を読み出したり、全ての光電変換領域の出力を加算読み出ししたりするための制御信号は、システム制御部50がタイミング発生回路18を制御して撮像素子14に供給する。
The timing generation circuit 18 supplies a clock signal and a control signal to the
画像処理部20は、A/D変換器16からの画像データ或いはメモリ制御部22からの画像データに対して画素補間処理、ホワイトバランス調整処理、色変換処理などの所定の処理を適用する。
The
画像処理部20はまた、A/D変換器16からの画像データ(撮像素子14の出力信号)のうち、焦点検出用信号の生成に用いられる出力信号から、位相差検出方式の焦点検出に用いる1対の信号列を生成する。その後、1対の信号列はシステム制御部50を介してAF部42へ送られる。AF部42は1対の信号列の相関演算により信号列間の位相ずれ量(シフト量)を検出し、位相ずれ量を撮影レンズ300のデフォーカス量とデフォーカス方向に変換する。AF部42は、変換したデフォーカスの量および方向をシステム制御部50に出力する。システム制御部50は、撮影レンズ300のフォーカス制御部342を通じてフォーカスレンズを駆動し、撮影レンズ300の合焦距離を調節する。
The
また、画像処理部20は、撮像素子14から得られる、通常の画像データを生成するための信号(上述したA+B信号に相当)に基づいて、コントラスト評価値を演算することができる。システム制御部50は、撮影レンズ300のフォーカス制御部342を通じてフォーカスレンズ位置を変更しながら撮像素子14で撮影を行い、画像処理部20で算出したコントラスト評価値の変化を調べる。そして、システム制御部50は、フォーカスレンズを、コントラスト評価値が最大となる位置に駆動する。このように、本実施形態のカメラ100は、コントラスト検出方式の焦点検出も可能である。
Further, the
従って、カメラ100は、ライブビュー表示時や動画撮影時のようにメインミラー130とサブミラー131が光路外に退避していても、撮像素子14から得られる信号に基づいて、位相差検出方式とコントラスト検出方式の両方の焦点検出が可能である。また、カメラ100は、メインミラー130とサブミラー131が光路内にある通常の静止画撮影では、焦点検出装置105による位相差検出方式の焦点検出が可能である。このように、カメラ100は、静止画撮影時、ライブビュー表示時、動画撮影時のどの状態においても焦点検出が可能である。
Therefore, even if the
メモリ制御部22は、A/D変換器16、タイミング発生回路18、画像処理部20、画像表示メモリ24、D/A変換器26、メモリ30、圧縮伸長部32を制御する。そして、A/D変換器16のデータが画像処理部20およびメモリ制御部22を介して、あるいはメモリ制御部22のみを介して、画像表示メモリ24あるいはメモリ30に書き込まれる。画像表示メモリ24に書き込まれた表示用の画像データは、D/A変換器26を介して液晶モニタ等から構成される画像表示部28に表示される。撮像素子14で撮影した動画像を画像表示部28に逐次表示することで、電子ファインダ機能(ライブビュー表示)を実現できる。画像表示部28は、システム制御部50の指示により表示をON/OFFすることが可能であり、表示をOFFにした場合にはカメラ100の電力消費を大幅に低減できる。
The
また、メモリ30は、撮影した静止画像や動画像の一時記憶に用いられ、所定枚数の静止画像や所定時間の動画像を記憶するのに十分な記憶容量を備えている。これにより、連写撮影やパノラマ撮影の場合にも、高速かつ大量の画像書き込みをメモリ30に対して行うことができる。また、メモリ30はシステム制御部50の作業領域としても使用できる。圧縮伸長部32は、適応離散コサイン変換(ADCT)等により画像データを圧縮伸長する機能を有し、メモリ30に記憶された画像を読み込んで圧縮処理或いは伸長処理を行い、処理を終えた画像データをメモリ30に書き戻す。
Further, the
シャッター制御部36は、測光部46からの測光情報に基づいて、撮影レンズ300の絞り312を制御する絞り制御部344と連携しながら、シャッター12を制御する。インターフェース部38とコネクタ122は、カメラ100と撮影レンズ300とを電気的に接続する。これらは、カメラ100と撮影レンズ300との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給する機能も備えている。また、電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。
The
測光部46は、自動露出制御(AE)処理を行う。撮影レンズ300を通過した光束を、レンズマウント106、メインミラー130、そして不図示の測光用レンズを介して、測光部46に入射させることにより、被写体光学像の輝度を測定できる。被写体輝度と露出条件とを対応付けたプログラム線図などを用いて、測光部46は露出条件を決定することができる。また、測光部46は、フラッシュ48と連携することで調光処理機能も有する。なお、画像処理部20による撮像素子14の画像データを演算した演算結果に基づき、システム制御部50が、シャッター制御部36と撮影レンズ300の絞り制御部344に対してAE制御を行うことも可能である。フラッシュ48は、AF補助光の投光機能、フラッシュ調光機能も有する。
The
システム制御部50は例えばCPUやMPUなどのプログラマブルプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することによりカメラシステム全体の動作を制御する。不揮発性のメモリ52はシステム制御部50の動作用の定数、変数、プログラム等を記憶する。表示部54はシステム制御部50でのプログラムの実行に応じて、文字、画像、音声等を用いて動作状態やメッセージ等を表示する、例えば液晶表示装置である。表示部54はカメラ100の操作部近辺の視認し易い位置に単数或いは複数設置され、例えばLCDやLED等の組み合わせにより構成される。表示部54の表示内容のうち、LCD等に表示するものとしては、記録枚数や残撮影可能枚数等の撮影枚数に関する情報や、シャッタースピード、絞り値、露出補正、フラッシュ等の撮影条件に関する情報等がある。その他、電池残量や日付・時刻等も表示される。また、表示部54は、前述した様にその一部の機能が光学ファインダ104内に設置されている。
The
不揮発性メモリ56は、電気的に消去・記録可能なメモリであり、例えばEEPROM等が用いられる。60、62、64、66、68及び70は、システム制御部50の各種の動作指示を入力するための操作部であり、スイッチやダイアル、タッチパネル、視線検知によるポインティング、音声認識装置等の単数或いは複数の組み合わせで構成される。
The
モードダイアル60は、電源オフ、オート撮影モード、マニュアル撮影モード、再生モード、PC接続モード等の各機能モードを切り替え設定できる。シャッタースイッチSW1である62は、不図示のシャッターボタンが半押しされるとONとなり、AF処理、AE処理、AWB処理、EF処理等の動作開始を指示する。シャッタースイッチSW2である64は、シャッターボタンが全押しされるとONとなり、撮影に関する一連の処理の動作開始を指示する。撮影に関する一連の処理とは、露光処理、現像処理及び記録処理等のことである。露光処理では、撮像素子14から読み出した信号をA/D変換器16、メモリ制御部22を介してメモリ30に画像データとして書き込む。現像処理では、画像処理部20やメモリ制御部22での演算を用いた現像を行う。記録処理では、メモリ30から画像データを読み出し、圧縮伸長部32で圧縮を行い、記録媒体150或いは160に画像データとして書き込む。
The
画像表示ON/OFFスイッチ66は、画像表示部28のON/OFFを設定できる。この機能により、光学ファインダ104を用いて撮影を行う際に、液晶モニタ等から成る画像表示部28への電流供給を遮断することにより、省電力を図ることができる。クイックレビューON/OFFスイッチ68は、撮影した画像データを撮影直後に自動再生するクイックレビュー機能を設定する。操作部70は、各種ボタンやタッチパネル等からなる。各種ボタンには、メニューボタン、フラッシュ設定ボタン、単写/連写/セルフタイマー切り替えボタン、露出補正ボタン等がある。
The image display ON / OFF switch 66 can set ON / OFF of the
電源制御部80は、電池検出回路、DC/DCコンバータ、通電するブロックを切り替えるスイッチ回路等により構成されている。電池の装着の有無、電池の種類、電池残量の検出を行い、検出結果及びシステム制御部50の指示に基づいてDC/DCコンバータを制御し、必要な電圧を必要な期間、記録媒体を含む各部へ供給する。コネクタ82及び84は、アルカリ電池やリチウム電池等の一次電池やNiCd電池やNiMH電池、リチウムイオン電池等の二次電池、ACアダプタ等からなる電源部86をカメラ100と接続する。
The power
インターフェース90及び94は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体との接続機能を有し、コネクタ92及び96は、メモリカードやハードディスク等の記録媒体と物理的接続を行う。記録媒体着脱検知部98は、コネクタ92または96に記録媒体が装着されているかどうかを検知する。なお、本実施形態では、記録媒体を取り付けるインターフェース及びコネクタを2系統持つものとして説明しているが、インターフェース及びコネクタは、単数あるいは複数、いずれの系統数を備える構成としても構わない。また、異なる規格のインターフェース及びコネクタを組み合わせて備える構成としても構わない。更に、インターフェース及びコネクタにLANカード等の各種通信カードを接続することで、コンピュータやプリンタ等の他の周辺機器との間で画像データや画像データに付属した管理情報を転送し合うことができる。
The
通信部110は、有線通信、無線通信等の各種通信機能を有する。コネクタ112は、通信部110によりカメラ100を他の機器と接続し、無線通信の場合はアンテナである。記録媒体150及び160は、メモリカードやハードディスク等である。記録媒体150及び160は、半導体メモリや磁気ディスク等から構成される記録部152,162、カメラ100とのインターフェース154,164、カメラ100と接続を行うコネクタ156,166を備えている。
The
次に、撮影レンズ300について説明する。撮影レンズ300は、レンズマウント306をカメラ100のレンズマウント106に係合させることによりにカメラ100と機械的並びに電気的に結合される。電気的な結合はレンズマウント106及びレンズマウント306に設けられたコネクタ122及びコネクタ322によって実現される。レンズ311には撮影レンズ300の合焦距離を調節するためのフォーカスレンズが含まれる。フォーカス制御部342は、フォーカスレンズを光軸に沿って駆動することで撮影レンズ300の焦点調節を行う。フォーカス制御部342の動作は、システム制御部50が、レンズシステム制御部346を通じて制御する。絞り312はカメラ100に入射する被写体光の量と角度を調節する。
Next, the photographing
コネクタ322及びインターフェース338は、撮影レンズ300をカメラ100のコネクタ122と電気的に接続する。そして、コネクタ322は、カメラ100と撮影レンズ300との間で制御信号、状態信号、データ信号等を伝え合うと共に、各種電圧の電流を供給される機能も備えている。コネクタ322は電気通信のみならず、光通信、音声通信等を伝達する構成としてもよい。
The
ズーム制御部340はレンズ311の変倍レンズを駆動し、撮影レンズ300の焦点距離(画角)を調整する。撮影レンズ300が単焦点レンズであればズーム制御部340は存在しない。絞り制御部344は、測光部46からの測光情報に基づいて、シャッター12を制御するシャッター制御部36と連携しながら、絞り312を制御する。
The
レンズシステム制御部346は例えばCPUやMPUなどのプログラマブルプロセッサを有し、予め記憶されたプログラムを実行することにより撮影レンズ300全体の動作を制御する。そして、レンズシステム制御部346は、撮影レンズの動作用の定数、変数、プログラム等を記憶するメモリの機能を備えている。不揮発性メモリ348は、撮影レンズ固有の番号等の識別情報、管理情報、開放絞り値や最小絞り値、焦点距離等の機能情報、現在や過去の各設定値などを記憶する。
The lens
本実施形態においては、撮影レンズ300の状態に応じたレンズ枠情報も記憶されている。このレンズ枠情報は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠開口の半径の情報と、撮像素子14から枠開口までの距離の情報である。絞り312は、撮影レンズを通過する光束を決定する枠に含まれ、他にもレンズを保持するレンズ枠部品の開口などが枠に該当する。また、撮影レンズを通過する光束を決定する枠は、レンズ311のフォーカス位置やズーム位置によって異なるため、レンズ枠情報はレンズ311のフォーカス位置やズーム位置に対応して複数用意されている。そして、カメラ100が、焦点検出装置を用いて焦点検出を行う際には、レンズ311のフォーカス位置とズーム位置に対応した最適なレンズ枠情報が選択され、カメラ100にコネクタ322を通じて送られる。
以上が、カメラ100と撮影レンズ300からなる本実施形態のカメラシステムの構成である。
In the present embodiment, lens frame information corresponding to the state of the photographing
The above is the configuration of the camera system of the present embodiment including the
次に、撮像素子14の構成を図2および図3を用いて説明する。
図2(a)は、撮像素子14が有する複数の画素のうち、位相差検出方式の焦点検出に用いる信号を出力可能な構成を有する画素の回路構成例を示す。ここでは、1つの画素200に、マイクロレンズを共有する複数の光電変換領域または光電変換部として2つのフォトダイオードPD201a、201bが設けられた構成を説明する。しかし、より多く(例えば、4つ)のフォトダイオードが設けられてもよい。フォトダイオード201a(第1の光電変換部)、フォトダイオード201b(第2の光電変換部)は、後述するように、焦点検出画素として機能するとともに、撮像画素としても機能する。
Next, the configuration of the
FIG. 2A shows a circuit configuration example of a plurality of pixels included in the
転送スイッチ202a、202b、リセットスイッチ205、選択スイッチ206は例えばMOSトランジスタにより構成されてよい。以下の説明ではこれらスイッチはN型のMOSトランジスタとするが、P型のMOSトランジスタであってもよいし、他のスイッチング素子であってもよい。
The transfer switches 202a and 202b, the
図2(b)は、撮像素子14に2次元配列された複数の画素のうち、水平n画素、垂直m画素を模式的に示した図である。ここでは、全ての画素が図2(a)に示した構成を有するものとする。各画素にはマイクロレンズ236が設けられ、フォトダイオード201a、201bは同一のマイクロレンズを共有する。以下では、フォトダイオード201aにより得られる信号をA信号または第1の信号、フォトダイオード201bにより得られる信号をB信号または第2の信号と呼ぶ。また、複数のA信号から生成される焦点検出用の信号列をA像または第1の像信号、複数のB信号から生成される焦点検出用の信号列をB像または第2の像信号と呼ぶ。また、対をなすA像とB像とを、信号列対または像信号対と呼ぶ。
FIG. 2B is a diagram schematically showing horizontal n pixels and vertical m pixels among a plurality of pixels two-dimensionally arranged on the
転送スイッチ202aはフォトダイオード201aとフローティングディフュージョン(FD)203との間に接続される。また、転送スイッチ202bはフォトダイオード201bとFD203との間に接続される。転送スイッチ202a、202bは、それぞれフォトダイオード201a、201bで発生した電荷を共通のFD203に転送する素子である。転送スイッチ202a、202bは、それぞれ制御信号TX_A、TX_Bによって制御される。
The
フローティングディフュージョン(FD)203は、フォトダイオード201a、201bから転送された電荷を一時的に保持するとともに、保持した電荷を電圧信号に変換する電荷電圧変換部(キャパシタ)として機能する。
The floating diffusion (FD) 203 temporarily holds the charges transferred from the
増幅部204は、ソースフォロワMOSトランジスタである。増幅部204のゲートは、FD203に接続され、増幅部204のドレインは電源電位VDDを供給する共通電源208に接続される。増幅部204は、FD203に保持された電荷に基づく電圧信号を増幅して、画像信号として出力する。
The
リセットスイッチ205は、FD203と共通電源208との間に接続される。リセットスイッチ205は、制御信号RESによって制御され、FD203の電位を電源電位VDDにリセットする機能を有する。
The
選択スイッチ206は、増幅部204のソースと垂直出力線207の間に接続される。選択スイッチ206は、制御信号SELによって制御され、増幅部204で増幅された画像信号を垂直出力線207に出力する。
The
図3は、撮像素子14の構成例を示す図である。撮像素子14は、画素アレイ234、垂直走査回路209、電流源負荷210、読み出し回路235、共通出力線228、229、水平走査回路232及びデータ出力部233を有する。以下では画素アレイ234に含まれる全ての画素が図2(a)に示した回路構成を有するものとする。しかしながら、一部の画素はマイクロレンズあたり1つのフォトダイオードが設けられた構成を有してもよい。
FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of the
画素アレイ234は、行列状に配置された複数の画素200を有する。図3には説明を簡略化するために、4行n列の画素アレイ234を示している。しかし、画素アレイ234が有する画素200の行数および列数は任意である。また、本実施形態において、撮像素子14は単板式カラー撮像素子であり、原色ベイヤー配列のカラーフィルタを有している。そのため、画素200には赤(R)、緑(G)及び青(B)のカラーフィルタのいずれか1つが設けられている。なお、カラーフィルタを構成する色や配列に特に制限はない。また、画素アレイ234に含まれる一部の画素は遮光され、オプチカルブラック(OB)領域を形成する。
The
垂直走査回路209は、行ごとに設けられた駆動信号線236を介して、各行の画素200に、図2(a)に示した各種の制御信号を供給する。なお、図3では簡略化のために各行の駆動信号線236を1本の線で表しているが、実際には複数の駆動信号線が各行に存在する。
The
画素アレイ234に含まれる画素は、一列ごとに共通の垂直出力線207に接続される。垂直出力線207の各々には、電流源負荷210が接続される。それぞれの画素200からの信号は、列ごとに設けられた読み出し回路235に垂直出力線207を通じて入力される。
The pixels included in the
水平走査回路232は、それぞれが1つの読み出し回路235に対応する制御信号hsr(0)〜hsr(n−1)を出力する。制御信号hsr()はn個の読み出し回路235の1つを選択する。制御信号hsr()で選択された読み出し回路235は、共通出力線228、229を通じてデータ出力部233に信号を出力する。
The
次に、読み出し回路235の具体的な回路構成例を説明する。図3には、n個の読み出し回路235のうち1つについての回路構成例を示しているが、他の読み出し回路235も同じ構成を有する。本実施形態の読み出し回路235はランプ型のAD変換器を含んでいる。
Next, a specific circuit configuration example of the read
垂直出力線207を通じて読み出し回路235に入力された信号は、クランプ容量211を介してオペアンプ213の反転入力端子に入力される。オペアンプ213の非反転入力端子には、基準電圧源212から基準電圧Vrefが供給される。フィードバック容量214〜216とスイッチ218〜220がオペアンプ213の反転入力端子と出力端子の間に接続される。オペアンプ213の反転入力端子と出力端子の間にはさらにスイッチ217が接続される。スイッチ217は制御信号RES_Cにより制御され、フィードバック容量214〜216の両端をショートさせる機能を有する。また、スイッチ218〜220はシステム制御部50からの制御信号GAIN0〜GAIN2で制御される。
The signal input to the
比較器221にはオペアンプ213の出力信号と、ランプ信号発生器230から出力されるランプ信号224が入力される。Latch_N222はノイズレベル(N信号)を保持するための記憶素子であり、Latch_S223はA信号およびA信号とB信号が加算された信号レベル(A+B信号)を保持するための記憶素子である。比較器221の出力(比較結果を表す値)とカウンタ231の出力(カウンタ値)225が、Latch_N222とLatch_S223のそれぞれに入力される。Latch_N222とLatch_S223の動作(有効または無効)はそれぞれ、LATEN_N、LATEN_Sで制御される。Latch_N222で保持したノイズレベルはスイッチ226を介して共通出力線228に出力される。Latch_S223で保持した信号レベルはスイッチ227を介して共通出力線229に出力される。共通出力線228、229はデータ出力部233に接続される。
The output signal of the
スイッチ226、227は水平走査回路232からの制御信号hsr(h)で制御される。ここで、hは制御信号線が接続されている読み出し回路235の列番号を示す。各読み出し回路235のLatch_N222、Latch_S223に保持された信号レベルは共通出力線228、229に順次出力され、データ出力部233を通じてメモリ制御部22や画像処理部20に出力される。この、各読み出し回路235で保持された信号レベルを順次外部に出力する動作を水平転送と呼ぶ。なお、読み出し回路に入力される制御信号(hsr()を除く)や、垂直走査回路209、水平走査回路232、ランプ信号発生器230、カウンタ231の制御信号は、タイミング発生回路18やシステム制御部50から供給される。
The
図3に示した撮像素子14の読み出し動作に関するタイミングチャートである図4を参照して、1行分の画素に対する読み出し動作について説明する。なお、各制御信号がHのときに各スイッチはオンになり、Lのときに各スイッチはオフになるものとする。
The reading operation for one row of pixels will be described with reference to FIG. 4, which is a timing chart relating to the reading operation of the
時刻t1において垂直走査回路209は、制御信号RESをHにした状態で制御信号TX_A、TX_BをLからHにして、転送スイッチ202a、202bをオンにする。これにより、フォトダイオード201a、201bに蓄積された電荷は、転送スイッチ202a、202b、リセットスイッチ205を介して共通電源208に転送され、フォトダイオード201a、201bはリセットされる。また、FD203も同様にリセットされる。時刻t2において垂直走査回路209が、制御信号TX_A、TX_BをLとし、転送スイッチ202a、202bをオフすると、フォトダイオード201a、201bで光電荷の蓄積が開始する。
At time t1, the
所定の蓄積時間が経過すると、時刻t3において垂直走査回路209は、制御信号SELをHとし、選択スイッチ206をオンにする。これにより、増幅部204のソースが垂直出力線207に接続される。時刻t4において垂直走査回路209は、制御信号RESをLとし、リセットスイッチ205をオフする。これにより、FD203のリセットが解除され、FD203のリセット信号レベルが増幅部204を介して垂直出力線207に読み出され、読み出し回路235に入力される。
When the predetermined accumulation time elapses, the
その後、時刻t5においてタイミング発生回路18は制御信号RES_CをLにする。これにより、スイッチ217がオンし、垂直出力線207に読み出されたリセット信号レベルと基準電圧Vrefとの差分に基づく電圧がオペアンプ213から出力される。撮像素子14には予め、操作部70にて設定されたISO感度に基づき、システム制御部50が制御信号GAIN0〜GAIN2のいずれか1つをHにする設定が行われる。例えば実施形態のカメラ100がISO感度100、200、400のいずれかが設定可能である場合、ISO感度100のときは制御信号GAIN0がH、GAIN1、GAIN2がLとなる。同様に、ISO感度200では制御信号GAIN1がH、ISO感度400では制御信号GAIN2がHとなる。なお、設定感度の種類や、設定感度と制御信号との関係はこれに限定されない。
After that, at time t5, the timing generation circuit 18 sets the control signal RES_C to L. As a result, the
オペアンプ213は、入力された電圧を、クランプ容量211と、制御信号GAIN0〜GAIN2のうちHのものに対応するスイッチに対応するフィードバック容量214〜216の1つとの容量比で定まる反転ゲインで増幅して出力する。この増幅により、オペアンプ213までの回路で発生するランダムノイズ成分も増幅される。したがって、増幅後の信号に含まれるランダムノイズの大きさは、ISO感度に依存する。
The
次に、時刻t6において、ランプ信号発生器230は時間経過とともに信号レベルが線形に増加するランプ信号の出力を開始し、同時にカウンタ231はリセット状態からカウントアップを開始する。また、タイミング発生回路18はLATEN_NをHにして、Latch_Nを有効にする。比較器221は、オペアンプ213の出力信号とランプ信号発生器230が出力するランプ信号とを比較する。ランプ信号レベルがオペアンプ213の出力信号レベルを上回ると、比較器221の出力がLからHに変化する(時刻t7)。Latch_N222はLATEN_NがHの状態において、比較器221の出力がLからHに変化すると、その時点でカウンタ231が出力しているカウンタ値を記憶する。Latch_N222が記憶するカウンタ値が、N信号レベルを表すデジタル値(N信号データ)に相当する。なお、LATEN_SはLであるため、Latch_S223は無効であり、カウント値は記憶しない。その後時刻t8において、ランプ信号レベルが予め定められた値に達するとランプ信号発生器230がランプ信号の出力を停止し、またタイミング発生回路はLATEN_NをLにする。
Next, at time t6, the
時刻t9で垂直走査回路209は制御信号TX_AをHにする。これにより、転送スイッチ202aがオンし、時刻t2からフォトダイオード201aに蓄積された光電荷(A信号)がFD203へ転送される。その後、時刻t10で垂直走査回路209は制御信号TX_AをLにする。FD203は転送された電荷を電位に変換し、この電位(A信号レベル)が、増幅部204および垂直出力線207を介して読み出し回路235へ出力される。オペアンプ213は、垂直出力線207に読み出されたA信号レベルと、基準電圧Vrefとの差分に基づく電圧を出力する。オペアンプ213の反転ゲインは、クランプ容量211と、フィードバック容量214〜216のいずれか1つとの比率によって定まる。
At time t9, the
次に、時刻t11でランプ信号発生器230はランプ信号の出力を開始し、同時にカウンタ231はリセット状態からカウントアップを開始する。また、タイミング発生回路18はLATEN_SをHにして、Latch_Sを有効にする。比較器221は、オペアンプ213の出力信号とランプ信号発生器230が出力するランプ信号とを比較する。ランプ信号レベルがオペアンプ213の出力信号レベルを上回ると、比較器221の出力がLからHに変化する(時刻t12)。Latch_S223はLATEN_SがHの状態において、比較器221の出力がLからHに変化すると、その時点でカウンタ231が出力しているカウンタ値を記憶する。Latch_S223が記憶するカウンタ値が、A信号レベルを表すデジタル値(A信号データ)に相当する。なお、LATEN_NはLであるため、Latch_N222は無効であり、カウント値は記憶しない。その後時刻t13において、ランプ信号レベルが予め定められた値に達するとランプ信号発生器230がランプ信号の出力を停止し、またタイミング発生回路はLATEN_SをLにする。
Next, at time t11, the
その後、時刻t14〜t15の間、水平走査回路232は制御信号hsr(h)を順次一定期間ずつHにする。これにより、各読み出し回路235のスイッチ226、227が一定期間オンし、オフに戻る。各読み出し回路235のLatch_N222、Latch_S223に保持されたN信号データとA信号データは共通出力線228、229へそれぞれ読み出され、データ出力部233に入力される。データ出力部233では各読み出し回路235から出力されたA信号データとN信号データについて、A信号データからN信号データを減じた値を外部へ出力する。
After that, during the time t14 to t15, the
時刻t16からt17の間、垂直走査回路209は制御信号TX_AおよびTX_BをHにし、転送スイッチ202a,202bをオンにする。これにより、両方のフォトダイオード201a、201bから光電荷がFD203へ転送される。FD203は転送された電荷を電位に変換し、この電位(A+B信号レベル)が、増幅部204および垂直出力線207を介して読み出し回路235へ出力される。オペアンプ213は、垂直出力線207に読み出されたA+B信号レベルと、基準電圧Vrefとの差分に基づく電圧を出力する。
From time t16 to t17, the
次に、時刻t18でランプ信号発生器230はランプ信号の出力を開始し、同時にカウンタ231はリセット状態からカウントアップを開始する。また、タイミング発生回路18はLATEN_SをHにして、Latch_Sを有効にする。比較器221は、オペアンプ213の出力信号とランプ信号発生器230が出力するランプ信号とを比較する。ランプ信号レベルがオペアンプ213の出力信号レベルを上回ると、比較器221の出力がLからHに変化する(時刻t19)。Latch_S223はLATEN_SがHの状態において、比較器221の出力がLからHに変化すると、その時点でカウンタ231が出力しているカウンタ値を記憶する。Latch_S223が記憶するカウンタ値が、A+B信号レベルを表すデジタル値(A+B信号データ)に相当する。その後時刻t20において、ランプ信号レベルが予め定められた値に達するとランプ信号発生器230がランプ信号の出力を停止し、またタイミング発生回路はLATEN_SをLにする。
Next, at time t18, the
その後、時刻t21〜t22の間、水平走査回路232は制御信号hsr(h)を順次一定期間ずつHにする。これにより、各読み出し回路235のスイッチ226、227が一定期間オンし、オフに戻る。各読み出し回路235のLatch_N222、Latch_S223に保持されたN信号データとA+B信号データは共通出力線228、229へそれぞれ読み出され、データ出力部233に入力される。データ出力部233では各読み出し回路235から出力されたA+B信号データとN信号データについて、A+B信号データからN信号データを減じた値を外部へ出力する。
After that, during the time t21 to t22, the
時刻t22でタイミング発生回路18は制御信号RES_CをHとし、時刻t23に垂直走査回路209が制御信号RESをHとし、時刻t24で垂直走査回路209が制御信号SELをLにすると、1行分の読み出し動作が完了する。この動作を所定の行数分繰り返すことにより1画面分の像信号を取得する。
When the timing generation circuit 18 sets the control signal RES_C to H at time t22, the
本実施形態のカメラ100は、静止画モードと動画モードを有する。システム制御部50は、静止画モードが設定されている場合、撮像素子14から全行分の画素データを読み出すように制御する。また、システム制御部50は、動画モードが設定されていれば、撮像素子14から例えば3行周期(1行読んで2行飛ばす)で画素データを読み出すように制御する。このように、本実施形態では、読み出す行数が静止画モードより動画モードの方が少ない。ただし、静止画モードと動画モードにおける読み出し方法はこれに限定されるものではない。
The
このようにして、リセットノイズが除去されたA信号とA+B信号を撮像素子14から読み出すことができる。A信号は焦点検出用の信号として、A+B信号は撮影画像を構成する信号として用いられる。A+B信号およびA信号はまた、焦点検出用のB信号を生成するためにも用いられる。
In this way, the A signal and the A + B signal from which the reset noise has been removed can be read out from the
なお、本実施形態の撮像素子14は、全画素読み出しモードと、間引き読み出しモードの2種類の読み出しモードを有する。全画素読み出しモードは全ての有効画素を読み出すモードであり、例えば高精細静止画を得る際に設定される。
The
間引き読み出しモードは、全画素読み出しモードより少ない画素を読み出すモードであり、例えば動画やプレビュー用の画像のように、高精細静止画よりも解像度の低い画素を得る場合や、高速に読み出す必要がある場合に設定される。例えば画像の縦横比を変えないように水平および垂直方向の両方で同じ割合で画素を間引いて読み出すことができる。なお、「間引き」は読み出し自体を行わないことだけでなく、読み出しされた信号を棄てる(無視する)構成や、読み出した複数の信号から1つの信号を生成する構成も含む。例えば、隣接する複数の画素から読み出した信号を平均して1つの信号を生成することで、S/Nを改善することができる。 The thinning-out reading mode is a mode for reading out fewer pixels than the all-pixel reading mode. For example, when obtaining pixels having a lower resolution than a high-definition still image such as a moving image or an image for preview, it is necessary to read out at high speed. Set in case. For example, pixels can be thinned out at the same ratio in both the horizontal and vertical directions so as not to change the aspect ratio of the image. The "thinning out" includes not only a configuration in which the reading itself is not performed, but also a configuration in which the read signal is discarded (ignored) and a configuration in which one signal is generated from a plurality of read signals. For example, the S / N can be improved by averaging the signals read from a plurality of adjacent pixels to generate one signal.
図5(a)は、本実施形態の撮像装置において、撮影レンズ300の射出瞳面と、撮像素子14の像面の中央近傍に配置された画素200(中央画素)の光電変換部201a,201bとの共役関係を説明する図である。撮像素子14内の光電変換部201a、201bと撮影レンズ300の射出瞳面は、オンチップマイクロレンズ201iによって共役関係となるように設計される。そして撮影レンズ300の射出瞳面は、光量調節用の虹彩絞りが設けられる面とほぼ一致するのが一般的である。
FIG. 5A shows
一方、本実施形態の撮影レンズ300は変倍機能を有したズームレンズである。ズームレンズには、変倍操作を行なうと、射出瞳の大きさや、像面から射出瞳までの距離(射出瞳距離)が変化するものがある。図5では、撮影レンズ300の焦点距離が広角端と望遠端の中央にある状態を示している。この状態における射出瞳距離Zepを標準値として、オンチップマイクロレンズの形状や、像高(画面中心からの距離またはXY座標)に応じた偏心パラメータの最適設計がなされる。
On the other hand, the photographing
図5(a)において、撮影レンズ300は、第1レンズ群101、第1レンズ群を保持する鏡筒部材101b、第3レンズ群105、および第3レンズ群を保持する鏡筒部材105bを有している。また、撮影レンズ300は、絞り102と、絞り開放時の開口径を規定する開口板102a、および絞り込み時の開口径を調節するための絞り羽根102bを有している。なお、図5において、撮影レンズ300を通過する光束の制限部材として作用する101b、102a、102b、及び105bは、像面から観察した場合の光学的な虚像を示している。また、絞り102の近傍における合成開口を撮影レンズ300の射出瞳と定義し、像面からの距離を射出瞳距離Zepとしている。
In FIG. 5A, the photographing
画素200の最下層には、光電変換部201aおよび201bが配置される。光電変換部201a、201bの上層には、配線層201e〜201g、カラーフィルタ201h、及びオンチップマイクロレンズ201iが設けられる。光電変換部201a、201bは、オンチップマイクロレンズ201iによって撮影レンズ300の射出瞳面に投影される。換言すれば、射出瞳が、オンチップマイクロレンズ201iを介して、光電変換部201a、201bの表面に投影される。
図5(b)は、撮影レンズ300の射出瞳面上における、光電変換部201a、201bの投影像EP1a、EP1bを示している。円TLは、絞り102の開口板102aで規定される、画素200への光束の最大入射範囲を射出瞳面に示したものである。円TLは開口板102aで規定されるため、図では円TLを102aとも記載している。図5は中央画素を示しているため、光束のケラレは光軸に対して対称となり、光電変換部201a及び201bは同じ大きさの瞳領域を通過した光束を受光する。そして、円TLには、投影像EP1a、EP1bの大部分が含まれるため、光束のケラレはほぼ発生しない。従って、光電変換部201a、201bで光電変換された信号を加算した場合、円TL、すなわち射出瞳領域のほぼ全体を通過した光束を光電変換した結果が得られる。光電変換部201aが受光する射出瞳の領域を第1の瞳領域、光電変換部201bが受光する射出瞳の領域を第2の瞳領域、第1の瞳領域と第2の瞳領域を合わせた領域を第3の瞳領域と呼ぶ。
FIG. 5B shows the projected images EP1a and EP1b of the
このように、本実施形態の撮像素子14は撮影画像を取得する機能に加え、位相差AF用の焦点検出センサの機能も有している。なお、上述したように、複数の光電変換部で得られる信号を画素ごとにまとめることで通常の撮像画素の出力として利用できるため、撮像素子14の出力(撮像画像信号)を用いてコントラストAFを行うこともできる。
As described above, the
図6は、撮影範囲400内における焦点検出領域401を示す図で、この焦点検出領域内(撮像面上(受光面上)の焦点検出センサ)で撮像素子14による位相差検出方式AFが行われる。
FIG. 6 is a diagram showing a
図6は、撮影範囲400に設定された焦点検出領域401の例を示す図である。撮像素子14が有する画素の出力を用いた焦点検出を行う場合、コントラスト検出方式、位相差検出方式のいずれにおいても、焦点検出領域401に対応する撮像素子14の領域内に含まれる画素の出力を用いる。従って、焦点検出領域401は撮像素子14に設定されているとも言え、以下では説明及び理解を容易にするため、焦点検出領域401を撮像素子14の画素領域として説明する。また、焦点検出領域401には、図2(a)に示した構成の画素200が、1行4N列配置されているものとする。なお、これは単なる例示であり、焦点検出領域の数や大きさ(含まれる画素数)は位相差検出に支障のない範囲で適宜定めることができる。
FIG. 6 is a diagram showing an example of a
図7は、焦点検出領域401内に配置された1行4N列の画素200および画素200から出力される信号を模式的に示している。以下では、i行j列目のAF用A像の信号を作成するために用いられる画素(フォトダイオード201a)およびその出力をA(i,j)と表す。同様に、i行j列目のAF用B像の信号を作成するために用いられる画素(フォトダイオード201b)およびその出力をB(i,j)と表す。なお、図7では行数が1のため、iの表記を省略している。従って、以下の説明におけるA(1,j)、B(1,j)は、図7ではA(j)B(j)に対応する。
FIG. 7 schematically shows the signals output from the 1-row, 4N-
位相差検出方式の焦点検出では、同じ被写体に対応した部分を有する1対の像を生成し、1対の像の位相差を検出し、位相差をデフォーカス量および方向に変換する。所定方向(例えば水平方向)に存在する複数の画素200のフォトダイオード201aから得られるA信号に基づく信号列(A像)と、フォトダイオード201bから得られるB信号に基づく信号列(B像)とは、同じ被写体を違う視点からみた像に相当する。したがって、A像とB像の位相差を検出し、デフォーカス量および方向に変換することで、位相差検出方式の焦点検出が実現できる。
In the focus detection of the phase difference detection method, a pair of images having a portion corresponding to the same subject is generated, the phase difference of the pair of images is detected, and the phase difference is converted into a defocus amount and a direction. A signal sequence (A image) based on the A signal obtained from the
そして、上述した所定方向におけるA像とB像との相対距離(シフト量)を変更しながら、個々の位置においてA像とB像との相関を表す値(相関量)を算出し、相関が最も高くなるシフト量を、A像とB像との位相差として検出することができる。相関量は例えば、対応信号値の差分累積値であってよいが、他の値であってもよい。 Then, while changing the relative distance (shift amount) between the A image and the B image in the predetermined direction described above, a value (correlation amount) representing the correlation between the A image and the B image at each position is calculated, and the correlation is calculated. The highest shift amount can be detected as the phase difference between the A image and the B image. The correlation amount may be, for example, the difference cumulative value of the corresponding signal values, but may be another value.
例えば、図7の例では、A(1)〜A(4N)からA像を、B(1)〜B(4N)からB像を生成し、シフト量kを画素単位で−kmax≦k≦kmaxの範囲で変化させるとすると、個々の相対位置における相関量COR(k)は以下の様に算出できる。
ここで、B信号をA+B信号とA信号とから生成した場合に得られる相関量に生じうる問題について説明する。ここで、A(1)〜A(4N)から生成したA像をS[A]、A+B(1)〜A+B(4N)から生成したA+B像をS[A+B]と表す。また、A(1)〜A(4N)の読み出した時に重畳されるランダムノイズをN[A]、A+B(1)〜A+B(4N)を読み出した時に重畳されるランダムノイズをN[A+B]と表す。ランダムノイズは読み出し回路に起因している。 Here, a problem that may occur in the amount of correlation obtained when the B signal is generated from the A + B signal and the A signal will be described. Here, the A image generated from A (1) to A (4N) is referred to as S [A], and the A + B image generated from A + B (1) to A + B (4N) is referred to as S [A + B]. Further, the random noise superimposed when A (1) to A (4N) is read is referred to as N [A], and the random noise superimposed when A + B (1) to A + B (4N) is read is referred to as N [A + B]. show. Random noise is due to the readout circuit.
A+B像とA像とから生成するB像は、以下の式(2)で表すことができる。
B像 = A+B像−A像
= (S[A+B]+N[A+B])−(S[A]+N[A])
= (S[A+B]−S[A])+(N[A+B]−N[A])
…(2)
となる。
The B image generated from the A + B image and the A image can be expressed by the following equation (2).
B image = A + B image-A image = (S [A + B] + N [A + B])-(S [A] + N [A])
= (S [A + B] -S [A]) + (N [A + B] -N [A])
… (2)
Will be.
このとき、シフト量k=s(s≠0)の時の相関量COR(s)は、以下の式(3)で表すことができる。
COR(s)=Σ|A(i−s)−B(i+s)|
=Σ|{S[A(i−s)]+N[A(i−s)]}−{S[A+B(i+s)]
−S[A(i+s)]+N[A+B(i+s)]−N[A(i+s)]}|
=Σ|S[A(i−s)]+S[A(i+s)]−S[A+B(i+s)]
+N[A(i−s)]+N[A(i+s)]−N[A+B(i+s)]|
…(3)
At this time, the correlation amount COR (s) when the shift amount k = s (s ≠ 0) can be expressed by the following equation (3).
COR (s) = Σ | A (is) -B (i + s) |
= Σ | {S [A (is)] + N [A (is)]}-{S [A + B (i + s)]
-S [A (i + s)] + N [A + B (i + s)]-N [A (i + s)]} |
= Σ | S [A (i-s)] + S [A (i + s)]-S [A + B (i + s)]
+ N [A (is)] + N [A (i + s)]-N [A + B (i + s)] |
… (3)
一方、シフト量k=0の時の相関量COR(0)は、以下の式(4)で表すことができる。
COR(0)=Σ|A(i)−B(i)|
=Σ|S[A(i)]+S[A(i)]−S[A+B(i)]
+N[A(i)]+N[A(i)]−N[A+B(i)]|
=Σ|2×S[A(i)]−S[A+B(i)]
+2×N[A(i)]−N[A+B(i)]|
…(4)
On the other hand, the correlation amount COR (0) when the shift amount k = 0 can be expressed by the following equation (4).
COR (0) = Σ | A (i) -B (i) |
= Σ | S [A (i)] + S [A (i)]-S [A + B (i)]
+ N [A (i)] + N [A (i)]-N [A + B (i)] |
= Σ | 2 × S [A (i)] −S [A + B (i)]
+ 2 × N [A (i)]-N [A + B (i)] |
… (4)
ここで、シフト量k=s(≠0)の場合と、シフト量k=0の場合とで、相関量CORに含まれるランダムノイズ成分Noise(s),Noise(0)はそれぞれ、以下の式(5)および(6)で表すことができる。
・シフト量k=s(≠0)の場合
Noise(s)=Σ|N[A(i−s)]+N[A(i+s)]−N[A+B(i+s)]| …(5)
・シフト量k=0の場合
Noise(0)=Σ|2×N[A(i)]−N[A+B(i)]| …(6)
Here, in the case where the shift amount k = s (≠ 0) and the case where the shift amount k = 0, the random noise components Noise (s) and Noise (0) included in the correlation amount COR are expressed by the following equations, respectively. It can be represented by (5) and (6).
-When the shift amount k = s (≠ 0) Noise (s) = Σ | N [A (i−s)] + N [A (i + s)] −N [A + B (i + s)] |… (5)
・ When the shift amount k = 0 Noise (0) = Σ | 2 × N [A (i)] −N [A + B (i)] |
ここで、Noise(s)を構成するN[A(i−s)]、N[A(i+s)]、N[A+B(i+s)]は互いに相関のないランダムノイズである。そのため、Noise(s)はほぼ一定値となる。一方、Noise(0)を構成するN[A(i)]とN[A+B(i)]とは互いに相関のないランダムノイズであるが、N[A(i)]が2倍されているため、Noise(0)はNoise(s)よりも大きくなる。したがって、シフト量kとNoise(k)との関係を模式的に表すと、図11(a)のようにシフト量k=0の時のみ、相関量に占めるノイズ成分が大きくなる。 Here, N [A (is)], N [A (i + s)], and N [A + B (i + s)] constituting Noise (s) are random noises that are not correlated with each other. Therefore, Noise (s) becomes a substantially constant value. On the other hand, N [A (i)] and N [A + B (i)] constituting Noise (0) are random noises that do not correlate with each other, but N [A (i)] is doubled. , Noise (0) is larger than Noise (s). Therefore, when the relationship between the shift amount k and the noise (k) is schematically represented, the noise component in the correlation amount becomes large only when the shift amount k = 0 as shown in FIG. 11A.
A+B像からA像を減じて生成したB像には、A像に重畳したランダムノイズと絶対値が等しく、符号が反転したランダムノイズが重畳される。このように、A+B像からA像を減じて生成したB像には、A像に重畳したランダムノイズと相関を有するランダムノイズが含まれる。そのため、A像とB像のランダムノイズの相関は、シフト量k=0のときに特異的に高くなる。シフト量k=0のときの相関量COR(0)の演算においては、個々の信号間差分に含まれる|2×N[A(i)]|のノイズ成分が積分され、Σ|2×N[A(i)]|に相当するピークが発生する。 The random noise superimposed on the A image, which has the same absolute value as the random noise superimposed on the A image, is superimposed on the B image generated by subtracting the A image from the A + B image. As described above, the B image generated by subtracting the A image from the A + B image contains random noise having a correlation with the random noise superimposed on the A image. Therefore, the correlation between the random noise of the A image and the B image is specifically increased when the shift amount k = 0. In the calculation of the correlation amount COR (0) when the shift amount k = 0, the noise components of | 2 × N [A (i)] | included in the differences between the individual signals are integrated, and Σ | 2 × N A peak corresponding to [A (i)] | is generated.
被写体のコントラストが低い場合や、環境輝度が低い場合、得られる画像のSN比が低下するため、A像とB像の相関量CORに含まれるノイズ成分が多くなる。例えば、シフト量k=0で合焦する状態を想定する。この場合、ノイズの影響がなければ、シフト量kに対する相関量COR(k)の値は図11(b)に示すように変化し、相関量COR(k)が最小(相関が最高)となる点Hのシフト量k=0が正しく検出できる。一方、ノイズ成分が図11(a)に示すようにシフト量k=0でピークを有する場合、シフト量kに対する相関量COR(k)の値は図11(c)に示すように変化する。この場合、相関量COR(k)はシフト量k=0で最大(I点)となるため、検出すべきシフト量が正しく検出できない。さらに、COR(k)がシフト量k=0の近傍2箇所で最小となる(JおよびK点)ため、これらの点を合焦位置のシフト量であると認識し、誤検出やハンチング(フォーカスレンズが繰り返し往復移動する)が起きるという問題が発生する。 When the contrast of the subject is low or the environmental brightness is low, the SN ratio of the obtained image is lowered, so that the noise component contained in the correlation amount COR of the A image and the B image is increased. For example, assume a state of focusing with a shift amount k = 0. In this case, if there is no influence of noise, the value of the correlation amount COR (k) with respect to the shift amount k changes as shown in FIG. 11B, and the correlation amount COR (k) becomes the minimum (the highest correlation). The shift amount k = 0 at the point H can be detected correctly. On the other hand, when the noise component has a peak at the shift amount k = 0 as shown in FIG. 11 (a), the value of the correlation amount COR (k) with respect to the shift amount k changes as shown in FIG. 11 (c). In this case, since the correlation amount COR (k) becomes the maximum (point I) when the shift amount k = 0, the shift amount to be detected cannot be detected correctly. Furthermore, since COR (k) is minimized at two locations near the shift amount k = 0 (points J and K), these points are recognized as the shift amount at the in-focus position, resulting in false detection or hunting (focus). The problem arises that the lens repeatedly moves back and forth).
A+B像からA像を減じて生成したB像に含まれるノイズ量は、A像に含まれるノイズ量と負の相関を有するものであった。しかし、A像とB像に含まれるノイズ量が正の相関を有する場合であっても問題が生じる。例えば、画素が有するカラーフィルタの透過率や、読み出し回路の特性のばらつきなどにより、画素ごとの感度にはばらつきが存在する。従って、同一画素から読み出されるA像とA+B像は、ノイズの発生源を共有している。この場合、信号量が多いほどノイズ量は大きくなるため、A像とA+B像とでは、信号量の差に応じたノイズ量の差がある。 The amount of noise contained in the B image generated by subtracting the A image from the A + B image had a negative correlation with the amount of noise contained in the A image. However, a problem arises even when the amount of noise contained in the A image and the B image has a positive correlation. For example, there are variations in the sensitivity of each pixel due to the transmittance of the color filter of the pixels and the variations in the characteristics of the readout circuit. Therefore, the A image and the A + B image read from the same pixel share a noise source. In this case, the larger the signal amount, the larger the noise amount. Therefore, there is a difference in the noise amount between the A image and the A + B image according to the difference in the signal amount.
A像をS[A]、画素間で値の異なるノイズ成分をN[A]と表す。この場合、A像とA+B像とには、信号量と正の相関があるノイズ成分だけが発生するとする。A+B像の信号量S[A+B]を、A像の信号量S[A]に対する相対量としてg×S[A](g≧1)と表すと、A+B像のノイズ量N[A+B]は、A像のノイズ量N[A]に対する相対量としてg×N[A]と表すことができる。 The A image is represented by S [A], and the noise component having different values between pixels is represented by N [A]. In this case, it is assumed that only a noise component having a positive correlation with the signal amount is generated in the A image and the A + B image. When the signal amount S [A + B] of the A + B image is expressed as g × S [A] (g ≧ 1) as a relative amount with respect to the signal amount S [A] of the A image, the noise amount N [A + B] of the A + B image is It can be expressed as g × N [A] as a relative amount with respect to the noise amount N [A] of the A image.
この場合、A+B像からA像を減じて得られるB像は、以下の式(7)で表すことができる。
B像=(S[A+B]+N[A+B])−(S[A]+N[A])
=(g−1)(S[A]+N[A]) …(7)
In this case, the B image obtained by subtracting the A image from the A + B image can be represented by the following equation (7).
Image B = (S [A + B] + N [A + B])-(S [A] + N [A])
= (G-1) (S [A] + N [A]) ... (7)
式(1)に従ってA像とB像の相関量COR(k)を演算すると、シフト量k=s(≠0)の場合のノイズ量Noise(s)と、シフト量k=0の場合のノイズ量Noise(0)は、以下の式(8)および(9)で表すことができる。
・シフト量k=s(≠0)の場合
Noise(s)=Σ|N[A(i‐s)]−(g−1)×N[A(i+s)]| …(8)
・シフト量k=0の場合
Noise(0)=Σ|(2−g)×N[A(i)]| …(9)
When the correlation amount COR (k) between the A image and the B image is calculated according to the equation (1), the noise amount Noise (s) when the shift amount k = s (≠ 0) and the noise when the shift amount k = 0 are calculated. The quantity Noise (0) can be represented by the following equations (8) and (9).
-When the shift amount k = s (≠ 0) Noise (s) = Σ | N [A (i-s)]-(g-1) x N [A (i + s)] |
・ When the shift amount k = 0 Noise (0) = Σ | (2-g) × N [A (i)] |… (9)
ここで、Noise(s)を構成するN[A(i−s)]、N[A(i+s)]は、N[A]と同じばらつきを有する、互いに相関のないランダムノイズである。そのため、N[A(i‐s)]−(g−1)×N[A(i+s)]は、N[A(l)]より大きなばらつきを有する。このばらつきを積算して得られるNoise(s)に対し、N[A]のばらつきの積算して得られるNoise(0)は小さくなる頻度が高くなる。 Here, N [A (is)] and N [A (i + s)] constituting Noise (s) are random noises having the same variation as N [A] and having no correlation with each other. Therefore, N [A (is)]-(g-1) x N [A (i + s)] has a larger variation than N [A (l)]. Compared to the Noise (s) obtained by integrating the variation, the Noise (0) obtained by integrating the variation of N [A] becomes smaller frequently.
位相差検出方式の焦点検出では相関量COR(k)を最小(相関を最大)にするシフト量kを検出することでデフォーカス状態を検出する。そのため、ノイズ成分の相関量がシフト量k=0において他のシフト量よりも小さくなると、シフト量k=0が相関値COR(k)を最小にするシフト量として誤って検出される原因となり得る。A像とA+B像との信号量の差が大きい場合、例えば低コントラストで一様に明るい被写体の画像などでこの問題が発生しやすい。また、被写体の色や明るさが一様である場合、本来、位相差検出方式による焦点検出は不可能であるが、ノイズ成分の相関量が最小となるシフト量に基づくデフォーカス量および方向を検出してしまう可能性がある。 In the focus detection of the phase difference detection method, the defocus state is detected by detecting the shift amount k that minimizes the correlation amount COR (k) (maximizes the correlation). Therefore, if the correlation amount of the noise component is smaller than the other shift amounts at the shift amount k = 0, the shift amount k = 0 may be erroneously detected as the shift amount that minimizes the correlation value COR (k). .. When the difference in the amount of signals between the A image and the A + B image is large, this problem is likely to occur, for example, in an image of a subject that is uniformly bright with low contrast. Further, when the color and brightness of the subject are uniform, the focus detection by the phase difference detection method is originally impossible, but the defocus amount and direction based on the shift amount that minimizes the correlation amount of the noise component are determined. It may be detected.
本実施形態においても、A(またはB)信号を、同一画素から読み出されたA+B信号とB(またはA)信号とから生成する。そのため、同一画素に対応するA信号とB信号のノイズ成分は負または正の相関を有する。しかし、上述したようなA像とB像とのノイズ成分の相関が特定のシフト量で特異的な値となることによる焦点検出精度の低下を抑制するため、A信号とB信号とから複数種のA像およびB像を生成して相関演算に用いる。 Also in this embodiment, the A (or B) signal is generated from the A + B signal and the B (or A) signal read from the same pixel. Therefore, the noise components of the A signal and the B signal corresponding to the same pixel have a negative or positive correlation. However, in order to suppress the decrease in focus detection accuracy due to the correlation of the noise component between the A image and the B image as described above becoming a specific value at a specific shift amount, a plurality of types of A signal and B signal are used. A image and B image are generated and used for correlation calculation.
具体的には、本実施形態では、複数のA像B像対(As_1とBs_1,As_2とBs_2,As_3とBs_3)について相関量を算出する。なお、演算負荷の低減、出力信号のS/N改善、出力画像サイズの調整などを目的として、複数の画素(ここでは2画素)の出力を加算した加算画素信号から信号列を生成するものとする。 Specifically, in the present embodiment, the correlation amount is calculated for a plurality of A image B image pairs (As_1 and Bs_1, As_1 and Bs_2, As_3 and Bs_3). For the purpose of reducing the calculation load, improving the S / N of the output signal, adjusting the output image size, etc., the signal sequence is generated from the added pixel signal obtained by adding the outputs of a plurality of pixels (here, 2 pixels). do.
ここで、i行目の画素から生成される第1のA像As_1を構成する個々の信号をAs_1(i,k)、第1のB像Bs_1を構成する個々の信号をBs_1(i,k)(kはそれぞれの信号列を構成する信号の番号)とする。この場合、図7に示す1行4N列の画素に対するAs_1(1,k)、Bs_1(1,k)は以下の式(10)のように表すことができる。
As_1(1,k)=A(1,2×(k−1)+1)+A(1,2×(k−1)+2)
Bs_1(1,k)=B(1,2×(k−1)+1)+B(1,2×(k−1)+2)
(1≦k≦2N,kは整数) …(10)
Here, the individual signals constituting the first A image As_1 generated from the pixels in the i-th row are As_1 (i, k), and the individual signals constituting the first B image Bs_1 are Bs_1 (i, k). ) (K is the number of the signal constituting each signal sequence). In this case, As_1 (1, k) and Bs_1 (1, k) for the pixels of 1 row and 4 N columns shown in FIG. 7 can be expressed by the following equation (10).
As_1 (1, k) = A (1,2 × (k-1) +1) + A (1,2 × (k-1) +2)
Bs_1 (1, k) = B (1,2 × (k-1) +1) + B (1,2 × (k-1) +2)
(1 ≦ k ≦ 2N, k is an integer)… (10)
このように、第1のA像As_1および第1のB像Bs_1はそれぞれ、1番目の画素と2番目の画素の加算出力、3番目の画素と4番目の画素の加算出力、...のように、水平方向に隣接する同種の2画素の出力を加算した2N個の信号から構成される。 As described above, the first A image As_1 and the first B image Bs_1 have the additional output of the first pixel and the second pixel, the additional output of the third pixel and the fourth pixel, ... As described above, it is composed of 2N signals obtained by adding the outputs of two pixels of the same type adjacent to each other in the horizontal direction.
また、i行目の画素から生成される第2のA像As_2を構成する個々の信号をAs_2(i,m)、第2のB像Bs_2を構成する個々の信号をBs_2(i,m)(mはそれぞれの信号列を構成する信号の番号)とする。この場合、図7に示す1行4N列の画素に対するAs_2(1,m)、Bs_2(1,m)は以下の式(11)のように表すことができる。
As_2(1,m)=As_1(1,2m−1)
Bs_2(1,m)=Bs_1(1,2m)
(1≦m≦N) …(11)
Further, the individual signals constituting the second A image As_2 generated from the pixels in the i-th row are As_2 (i, m), and the individual signals constituting the second B image Bs_2 are Bs_2 (i, m). (M is the number of the signal constituting each signal sequence). In this case, As_2 (1, m) and Bs_2 (1, m) for the pixels of 1 row and 4 N columns shown in FIG. 7 can be expressed by the following equation (11).
As_1 (1, m) = As_1 (1,2 m-1)
Bs_1 (1, m) = Bs_1 (1,2 m)
(1 ≦ m ≦ N)… (11)
さらに、i行目の画素から生成される第3のA像As_3を構成する個々の信号をAs_3(i,m)、第3のB像Bs_3を構成する個々の信号をBs_3(i,m)(mはそれぞれの信号列を構成する信号の番号)とする。この場合、図7に示す1行4N列の画素に対するAs_3(1,m)、Bs_3(1,m)は以下の式(12)のように表すことができる。
As_3(1,m)=As_1(1,2m)
Bs_3(1,m)=Bs_1(1,2m−1)
(1≦m≦N) …(12)
Further, the individual signals constituting the third A image As_3 generated from the pixels in the i-th row are As_3 (i, m), and the individual signals constituting the third B image Bs_3 are Bs_3 (i, m). (M is the number of the signal constituting each signal sequence). In this case, As_3 (1, m) and Bs_3 (1, m) for the pixels of 1 row and 4 N columns shown in FIG. 7 can be expressed by the following equation (12).
As_3 (1, m) = As_1 (1,2 m)
Bs_3 (1, m) = Bs_1 (1,2 m-1)
(1 ≦ m ≦ N)… (12)
このように、第2のA像As_2は第1のA像As_1を構成する奇数番目の信号から構成され、第2のB像Bs_2は第1のB像Bs_1を構成する偶数番目の信号から構成される。また、第3のA像As_3は第1のA像As_1を構成する偶数番目の信号から構成され、第3のB像Bs_3は第1のB像Bs_1を構成する奇数番目の信号から構成される。換言すれば、第2のA像As_2およびB像Bs_2との間、第3のA像As_3およびB像Bs_3との間では、サンプリングピッチの半ピッチ分、位相差検出方向に被写体のサンプリング位置がずれている。 As described above, the second A image As_2 is composed of the odd-numbered signals constituting the first A image As_1, and the second B image Bs_2 is composed of the even-numbered signals constituting the first B image Bs_1. Will be done. Further, the third A image As_3 is composed of even-numbered signals constituting the first A image As_1, and the third B image Bs_3 is composed of odd-numbered signals constituting the first B image Bs_1. .. In other words, between the second A image As_2 and the B image Bs_2, and between the third A image As_3 and the B image Bs_3, the sampling position of the subject is set by half the pitch of the sampling pitch in the phase difference detection direction. It is out of alignment.
つまり、第2のA像As_2の生成に用いられている画素群と、第2のB像Bs_2の生成に用いられている画素群とが、互いに異なっている。そのため、第2のA像As_2のノイズ成分と第2のB像Bs_2のノイズ成分との相関は低い。第3のA像As_3と第3のB像Bs_3とについても同様である。従って、第2のA像As_2と第2のB像Bs_2や、第3のA像As_3と第3のB像Bs_3とを用いて相関量COR(k)を算出することにより、A像とB像のノイズ成分との相関が特定のシフト量で特異的な値を示すことに起因した問題を抑制できる。 That is, the pixel group used for generating the second A image As_2 and the pixel group used for generating the second B image Bs_2 are different from each other. Therefore, the correlation between the noise component of the second A image As_2 and the noise component of the second B image Bs_2 is low. The same applies to the third A image As_3 and the third B image Bs_3. Therefore, the A image and B are calculated by calculating the correlation amount COR (k) using the second A image As_2 and the second B image Bs_2, and the third A image As_3 and the third B image Bs_3. It is possible to suppress the problem caused by the correlation with the noise component of the image showing a specific value at a specific shift amount.
このように、本実施形態では、第1の画素群の出力信号に基づいて、互いが有するノイズ成分に相関のある一対の信号列(第1のA像As_1および第1のB像Bs_1)について相関量を算出する。また、第1の画素群を構成する第2の画素群と第3の画素群の出力信号に基づく1対の信号列(第2のA像As_2および第2のB像Bs_2)について相関量を算出する。さらに、第2の画素群と第3の画素群の出力信号に基づく別の1対の信号列(第3のB像Bs_3および第3のA像As_3)について相関量を算出する。なお、ここではノイズ成分の相関がもっとも低くなる例として、第2の画素群と第3の画素群とは重複しないものとするが、一部の重複を排除するものではない。 As described above, in the present embodiment, the pair of signal sequences (first A image As_1 and first B image Bs_1) that are correlated with each other's noise components based on the output signal of the first pixel group. Calculate the amount of correlation. Further, the correlation amount is calculated for a pair of signal sequences (second A image As_2 and second B image Bs_2) based on the output signals of the second pixel group and the third pixel group constituting the first pixel group. calculate. Further, the correlation amount is calculated for another pair of signal sequences (third B image Bs_3 and third A image As_3) based on the output signals of the second pixel group and the third pixel group. Here, as an example in which the correlation of noise components is the lowest, it is assumed that the second pixel group and the third pixel group do not overlap, but some overlap is not excluded.
(焦点検出動作)
次に、カメラ100における焦点調節動作について、図8に示すフローチャートを用いて説明する。なお、図8に示す処理は、メインミラー130とサブミラー131が光路外へ退避(ミラーアップ)した状態、より具体的にはライブビュー表示時(表示用動画撮影時)もしくは動画記録時(記録用動画撮影時)において実施される処理である。なお、ここでは撮像素子14の出力を用いた位相差検出方式の自動焦点検出を行うものとして説明するが、上述の通り、コントラスト検出方式の自動焦点検出を行うこともできる。
(Focus detection operation)
Next, the focus adjustment operation in the
S501でシステム制御部50は、SW1 62や操作部70などの操作により、焦点検出開始指示が入力されたか判別し、入力されていると判別された場合に処理をS502へ進め、入力されていると判別されなければ待機する。なお、システム制御部50は、焦点検出開始指示の入力に限らず、ライブビュー表示や動画記録の開始をトリガとして処理をS502に進めてもよい。
In S501, the
S502でシステム制御部50は、撮影レンズ300のレンズ枠情報やフォーカスレンズ位置などの各種レンズ情報を、インターフェース部38、338およびコネクタ122、322を介してレンズシステム制御部346から取得する。
S503でシステム制御部50は、逐次読み出されているフレーム画像データの、焦点検出領域内の画素データから、AF用の像信号対(第1〜第3のA像およびB像)を生成するように画像処理部20に指示する。画像処理部20は、AF用の像信号対を生成し、AF部42へ供給する。AF部42では、AF用の像信号対に対して信号レベルの差を補正する処理などを行う。また、AF部42は、AF用の像信号のピーク値(最大値)やボトム値(最小値)を検出する。
In S502, the
In S503, the
S504でAF部42は、第1のA像とB像、第2のA像とB像、第3のA像とB像のそれぞれについて例えば上述した相関量COR(k)を算出し、相関値COR(k)を最小にするシフト量kを像の位相差として検出する。そして、AF部42は検出した位相差をデフォーカス量に変換する。この処理の詳細は、後述する。AF部42は、デフォーカス量をシステム制御部50に出力する。
S505で調節手段としてのシステム制御部50は、S504でAF部42から得られたデフォーカス量に基づき、撮影レンズ300のフォーカスレンズ駆動量および駆動方向を決定する。
In S504, the
The
S506でシステム制御部50は、インターフェース部38、338、コネクタ122、322を介して、フォーカスレンズ駆動量および駆動方向の情報を撮影レンズ300のレンズシステム制御部346に送信する。レンズシステム制御部346は、フォーカスレンズ駆動量および駆動方向の情報をフォーカス制御部342に送信する。フォーカス制御部342は、受信したレンズ駆動量と駆動方向の情報に基づいて、フォーカスレンズを駆動する。これにより、撮影レンズ300の焦点調節が行われる。なお、図8の動作は次フレーム移行の動画データが読み出された際にも継続的に実施されてよい。フォーカスレンズ駆動量および駆動方向の情報は、システム制御部50からフォーカス制御部342に直接送信されてもよい。
In S506, the
次に、図8のS504でAF部42が行うデフォーカス量の算出処理について、図9に示すフローチャートを用いてさらに説明する。S5041でAF部42は、第1のA像As_1と第1のB像Bs_1に対する相関量COR1(k)を式(1)と同様に算出する。AF部42は各シフト量kについての相関量COR1(k)を求めた後、第1のA像As_1と第1のB像Bs_1との相関が最も高くなるシフト量k、すなわち、相関量COR1(k)が最小となるシフト量kの値を求める。なお、相関量COR1(k)の算出時におけるシフト量kは整数とするが、相関量COR1(k)が最小となるシフト量kを求める場合には、デフォーカス量の精度を向上させるため、適宜補間処理を行いサブピクセル単位の値(実数値)を求める。
Next, the calculation process of the defocus amount performed by the
本実施形態では、相関量COR1の差分値の符号が変化するシフト量dkを、相関量COR1(k)が最小となるシフト量kとして算出する。
まず、AF部42は、相関量の差分値DCOR1を以下の式(13)に従って算出する。
DCOR1(k)=COR1(k)-COR1(k-1) ...(13)
そして、AF部42は、相関量の差分値DCOR1を用いて、差分量の符号が変化するシフト量dk1を求める。差分量の符号が変化する直前のkの値をk1、符号が変化したkの値をk2(k2=k1+1)とすると、AF部42はシフト量dk1を、以下の式(14)に従って算出する。
dk1=k1+ |DCOR1(k1)|/|DCOR1(k1)-DCOR1(k2)| ...(14)
In the present embodiment, the shift amount dk in which the sign of the difference value of the correlation amount COR1 changes is calculated as the shift amount k that minimizes the correlation amount COR1 (k).
First, the
DCOR1 (k) = COR1 (k) -COR1 (k-1) ... (13)
Then, the
dk1 = k1 + | DCOR1 (k1) | / | DCOR1 (k1) -DCOR1 (k2) | ... (14)
以上のようにしてAF部42は、第1のA像As_1と第1のB像Bs_1の相関量が最大となるシフト量dk1をサブピクセル単位で算出し、S5041の処理を終える。なお、2つの1次元像信号の位相差を算出する方法は、ここで説明したものに限らず、公知の任意の方法を用いることができる。
As described above, the
S5042でAF部42はS5041と同様にして、第2のA像As_2と第2のB像Bs_2との相関量COR2(k)の差分DCOR2を算出し、第2のA像As_2と第2のB像Bs_2の相関量が最大となるシフト量dk2をサブピクセル単位で算出する。
In S5042, the
S5043でAF部42はS5041と同様にして、第3のA像As_3と第3のB像Bs_3との相関量COR3(k)の差分DCOR3を算出し、第3のA像As_3と第3のB像Bs_3の相関量が最大となるシフト量dk3をサブピクセル単位で算出する。
In S5043, the
S5044でAF部42は、S5041〜S5043で算出したシフト量dk1、dk2、dk3のそれぞれに所定のデフォーカス換算係数を乗じて、デフォーカス量Def1、Def2、Def3に変換する。なお、換算係数を都度乗じる代わりに、シフト量と変換後のデフォーカス量とを関係づけたテーブル等を用いてデフォーカス量を取得してもよい。ここで、デフォーカス換算係数は、撮影時の光学条件(絞り、射出瞳距離、レンズ枠情報など)や、焦点検出領域の像高、A像、B像を構成する信号のサンプリングピッチなどから求めることができる。本実施形態においては、第2のA像As_2および第3のA像As_3の信号列のサンプリングピッチは、第1のA像As_1の信号列のサンプリングピッチの2倍である。B像についても同様である。そのため、シフト量dk2、dk3に乗じるデフォーカス換算係数は、dk1に乗じるデフォーカス換算係数の2倍である。
In S5044, the
デフォーカス量におけるノイズの影響は、A像およびB像間でのノイズ成分の相関が第1のA像およびB像よりも低い第2のA像およびB像や第3のA像およびB像に基づいて算出されたデフォーカス量Def2、Def3の方がDef1より小さい。一方で、第2および第3のA像およびB像は、第1のA像およびB像に対してサンプリングピッチが2倍で、かつ信号列を構成する信号の数が1/2である。そのため、第2および第3のA像およびB像に基づいて得られるデフォーカス量Def2,Def3のばらつきは、Def1のばらつきよりも大きくなりやすい。そのため、デフォーカス量Def2、Def3の平均値を、ノイズ成分の相関が低い像信号対に基づくデフォーカス量Def2’として算出して、ばらつきを抑制したデフォーカス量を得るようにしてもよい。以下では、デフォーカス量Def2’を算出した場合に関して説明する。 The effect of noise on the amount of defocus is that the correlation of noise components between the A and B images is lower than that of the first A and B images, and the second A and B images and the third A and B images. The defocus amounts Def2 and Def3 calculated based on the above are smaller than Def1. On the other hand, in the second and third images A and B, the sampling pitch is twice that of the first images A and B, and the number of signals constituting the signal sequence is halved. Therefore, the variation of the defocus amounts Def2 and Def3 obtained based on the second and third images A and B tends to be larger than the variation of Def1. Therefore, the average value of the defocus amounts Def2 and Def3 may be calculated as the defocus amount Def2'based on the image signal pair having a low correlation of noise components to obtain the defocus amount with suppressed variation. Hereinafter, the case where the defocus amount Def2'is calculated will be described.
S5045でAF部42はデフォーカス量Def1およびDef2’の一方を最終デフォーカス量Defとして選択する。
In S5045, the
第1の像信号対(第1のA像As_1および第1のB像Bs_1)に基づくデフォーカス量Def1は以下の様な特徴を有する。
A像とB像間でノイズ成分の相関があり、シフト量0の時にノイズの相関が特異値を有する。そのため、焦点検出領域内の被写体のコントラストが低い場合や、撮影時の環境輝度が低い場合のように、A像やB像の相関量に占めるノイズ成分の相関量の割合が相対的に高くなる状況で、デフォーカス量の検出精度が低下する場合がある。
第1の像信号対は、第2の像信号対(第2のA像As_2および第2のB像Bs_2)および第3の像信号対(A像As_3および第3のB像Bs_3)よりもサンプリング周波数が高い。そのため、デフォーカス量Def2’(およびDef2,Def3)に比べて、焦点検出に用いた像信号の空間周波数帯域と、撮像信号の空間周波数帯域の差が小さく、デフォーカス量が撮影光学系の収差量の影響を受けにくい。従って、撮像信号の最良合焦位置との差が小さい合焦位置に対応したデフォーカス量が検出できる。
The defocus amount Def1 based on the first image signal pair (first A image As_1 and first B image Bs_1) has the following characteristics.
There is a correlation of noise components between the A image and the B image, and the noise correlation has a singular value when the shift amount is 0. Therefore, the ratio of the correlation amount of the noise component to the correlation amount of the A image and the B image is relatively high, as in the case where the contrast of the subject in the focus detection area is low or the environmental brightness at the time of shooting is low. In some situations, the defocus amount detection accuracy may decrease.
The first image signal pair is larger than the second image signal pair (second A image As_2 and second B image Bs_2) and the third image signal pair (A image As_3 and third B image Bs_3). The sampling frequency is high. Therefore, the difference between the spatial frequency band of the image signal used for focus detection and the spatial frequency band of the imaging signal is smaller than that of the defocus amount Def2'(and Def2, Def3), and the defocus amount is the aberration of the photographing optical system. Less susceptible to quantity. Therefore, the amount of defocus corresponding to the focusing position where the difference from the best focusing position of the image pickup signal is small can be detected.
一方で、第2の像信号対および第3の像信号対に基づくデフォーカス量Def2’は以下の様な特徴を有する。A像とB像との間のノイズ成分の相関が低い。そのため、焦点検出領域内の被写体のコントラストが低い場合や、撮影時の環境輝度が低い場合のように、A像やB像の相関量に占めるノイズ成分の相関量の割合が相対的に高くなる状況でも、デフォーカス量の検出精度が低下しづらい。
第2および第3の像信号対は、第1の像信号対よりもサンプリング周波数が低い。そのため、デフォーカス量Def1に比べて、焦点検出に用いた像信号の空間周波数帯域と、撮像信号の空間周波数帯域の差が大きい。その結果、検出したデフォーカス量に対応する合焦位置と、撮像信号の最良合焦位置との差がDef1より大きくなる場合がある。なお、デフォーカス量Def2、Def3も同様の特徴を有する。
On the other hand, the defocus amount Def2'based on the second image signal pair and the third image signal pair has the following characteristics. The correlation of noise components between the A image and the B image is low. Therefore, the ratio of the correlation amount of the noise component to the correlation amount of the A image and the B image is relatively high, as in the case where the contrast of the subject in the focus detection area is low or the environmental brightness at the time of shooting is low. Even in a situation, the detection accuracy of the defocus amount is unlikely to decrease.
The second and third image signal pairs have a lower sampling frequency than the first image signal pair. Therefore, the difference between the spatial frequency band of the image signal used for the focus detection and the spatial frequency band of the image pickup signal is larger than that of the defocus amount Def1. As a result, the difference between the focused position corresponding to the detected defocus amount and the best focused position of the imaging signal may be larger than Def1. The defocus amounts Def2 and Def3 also have the same characteristics.
このようなデフォーカス量Def1、Def2’の特徴を踏まえ、AF部42は、例えばA像とB像間のノイズ成分の相関の有無が、検出されるデフォーカス量の誤差に影響を与える撮影環境か否かに応じて、最終的な検出デフォーカス量を選択することができる。
Based on these characteristics of the defocus amounts Def1 and Def2', the
本実施形態においてAF部42は、S503で求めた、AF用の像信号(第1〜第3のA像およびB像)のピーク値と所定の閾値PeakThとの大小関係に従ってデフォーカス量を選択する。具体的には、S5045でAF部42は、ピーク値が所定の閾値PeakThより大きい場合か否かを判定し、大きいと判定されれば処理をS5046に進め、大きいと判定されなければ処理をS5047に進める。ここで、閾値PeakThは撮影時の絞り、蓄積時間(電子シャッタースピード)、ISO感度などの撮像条件や、前述した光学条件などの組み合わせに応じて予め不揮発性メモリ56に記憶された値を用いることができる。
S5046でAF部42はDef1を選択して処理を終了する。
S5047でAF部42はDef2’を選択して処理を終了する。
In the present embodiment, the
In S5046, the
In S5047, the
本実施形態によれば、同一画素から読み出された複数種の信号に基づく像信号対として、像信号対に含まれるノイズ成分の相関が大きい種類の第1の像信号対と、像信号対に含まれるノイズ成分の相関が第1の像信号対よりも低い第2の像信号対とを生成する。そして、第1の像信号対に基づいて検出したデフォーカス量と、第2の像信号対に基づくデフォーカス量とのうち一方を、検出したデフォーカス量がノイズ成分の相関の影響を受けやすい条件か否かに応じて選択して用いる。このような構成により、撮像素子から得られる信号対に基づいて位相差検出方式の焦点検出を行う焦点検出装置およびその制御方法において、信号対に含まれる相関のあるノイズが焦点検出に与える影響を抑制することができる。 According to the present embodiment, as an image signal pair based on a plurality of types of signals read from the same pixel, a first image signal pair of a type having a large correlation of noise components included in the image signal pair and an image signal pair. Generates a second image signal pair whose correlation of noise components contained in is lower than that of the first image signal pair. Then, one of the defocus amount detected based on the first image signal pair and the defocus amount based on the second image signal pair, the detected defocus amount is easily affected by the correlation of the noise component. Select and use depending on whether it is a condition or not. With such a configuration, in the focus detection device that performs the focus detection of the phase difference detection method based on the signal pair obtained from the image sensor and its control method, the influence of the correlated noise contained in the signal pair on the focus detection. It can be suppressed.
(変形例1)
なお、本実施形態ではS5045〜S5047において、第1〜第3の像信号対に基づいて検出した複数のデフォーカス量のうち1つを、第1〜第3の像信号対のピーク値に基づいて選択した。信号ピーク値に基づく選択は、A像とB像に含まれるノイズ成分に負の相関がある場合に特に有効である。A像とB像に含まれるノイズ成分に負の相関があるのは、A+B像とA像の信号量に比例した、正の相関を有するノイズ成分が少ない場合である。言い換えると、A像、B像の信号量が相対的に少ない場合である。そのため本実施形態では、A像とB像に含まれるノイズ成分が負の相関を有する、A像、B像の信号量が相対的に少ない場合かどうかを、判定する評価値としてピーク値を用いた。
(Modification example 1)
In the present embodiment, in S5045 to S5047, one of the plurality of defocus amounts detected based on the first to third image signal pairs is based on the peak value of the first to third image signal pairs. And selected. The selection based on the signal peak value is particularly effective when there is a negative correlation between the noise components contained in the A image and the B image. The noise component contained in the A image and the B image has a negative correlation when the noise component having a positive correlation, which is proportional to the signal amount of the A + B image and the A image, is small. In other words, it is a case where the signal amounts of the A image and the B image are relatively small. Therefore, in the present embodiment, the peak value is used as an evaluation value for determining whether or not the noise components contained in the A image and the B image have a negative correlation and the signal amounts of the A image and the B image are relatively small. board.
しかし、S5045の判定の本質は、像信号対に含まれるノイズ成分の相関性が位相差検出誤差に影響を及ぼすかどうかの判定である。したがって、同様の判定を他の評価値を用いて実施してもよい。例えば、ピーク値の代わりに、信号のボトム値、振幅値、測光値などを評価値として用いて、A像、B像の信号量が相対的に少ない場合を判定することができる。 However, the essence of the determination of S5045 is the determination of whether or not the correlation of the noise components included in the image signal pair affects the phase difference detection error. Therefore, the same determination may be performed using other evaluation values. For example, instead of the peak value, the bottom value, amplitude value, metering value, and the like of the signal can be used as evaluation values to determine the case where the signal amounts of the A image and the B image are relatively small.
また、A像、B像の信号量が相対的に多い場合には、A像とB像に含まれるノイズ成分に正の相関があると考えられるため、Def2‘を選択することにより、ノイズ成分の影響を抑制した焦点検出が実現できる。A像、B像の信号量が相対的に多いことは、例えば第1〜第3の像信号対のボトム値が閾値より大きいことによって判定することができる。しかし、例えば、A像とB像の輝度出力の積算値など、他の評価値を用いても判定可能である。これは、信号のボトム値と同様、信号量の大小とノイズ量に相関があるためである。従って、S5045において第1〜第3の像信号対のボトム値が閾値より大きいか否かを判定し、大きいと判定されればS5047へ、大きいと判定されなければS5046へ処理を進めるようにしてもよい。 Further, when the signal amounts of the A image and the B image are relatively large, it is considered that there is a positive correlation between the noise components contained in the A image and the B image. Therefore, by selecting Def2', the noise component can be obtained. Focus detection that suppresses the influence of The relatively large amount of signals of the A image and the B image can be determined, for example, by the fact that the bottom value of the first to third image signal pairs is larger than the threshold value. However, it can also be determined by using other evaluation values such as, for example, the integrated value of the luminance outputs of the A image and the B image. This is because there is a correlation between the magnitude of the signal amount and the amount of noise as well as the bottom value of the signal. Therefore, in S5045, it is determined whether or not the bottom value of the first to third image signal pairs is larger than the threshold value, and if it is determined to be large, the process proceeds to S5047, and if it is not determined to be large, the process proceeds to S5046. May be good.
なお、A像、B像の信号量が相対的に少ない場合と多い場合の両方を判定するように構成してもよい。例えば、第1〜第3の像信号対のピーク値が第1の閾値以下の場合と、第1〜第3の像信号対のボトム値が第2の閾値より大きい場合にはDef’2を選択し、他の場合はDef1を選択するように構成することができる。このように、像信号対に含まれるノイズ成分の相関性が位相差検出誤差に影響を及ぼすと判定されればDef’2を、判定されなければDef1を、それぞれ選択できれば、判定方法は任意である。 In addition, it may be configured to judge both the case where the signal amount of the A image and the B image is relatively small and the case where the signal amount is large. For example, when the peak value of the first to third image signal pairs is equal to or less than the first threshold value and when the bottom value of the first to third image signal pairs is larger than the second threshold value, Def'2 is set. It can be configured to select and otherwise select Def1. In this way, if it is determined that the correlation of the noise components contained in the image signal pair affects the phase difference detection error, Def'2 can be selected, and if it is not determined, Def1 can be selected. be.
(変形例2)
本実施形態では、複数の像信号対から検出した複数のデフォーカス量から最終的なデフォーカス量を選択した。しかし、複数の像信号対のうち、含まれるノイズ成分の相関がない、あるいは十分に小さい1つの像信号対からだけデフォーカス量を検出して用いるようにしてもよい。これにより、デフォーカス量の算出に要する演算負荷を低減することができる。この場合、含まれるノイズ成分の相関がない、あるいは十分に小さいことが想定される像信号対を、例えば生成方法に基づいて複数の像信号対から予め定めておくことができる。
(Modification 2)
In the present embodiment, the final defocus amount is selected from a plurality of defocus amounts detected from a plurality of image signal pairs. However, the defocus amount may be detected and used only from one image signal pair that has no correlation with the noise components contained in the plurality of image signal pairs or is sufficiently small. As a result, the calculation load required for calculating the defocus amount can be reduced. In this case, an image signal pair that is assumed to have no correlation or a sufficiently small noise component can be predetermined from a plurality of image signal pairs based on, for example, a generation method.
(変形例3)
本実施形態では、A像の生成に用いられている画素群の列位置と、B像の生成に用いられている画素群の列位置とを互いに異ならせた第2及び第3の像信号対を用いることで、A像とB像に含まれるノイズ成分の相関がデフォーカス量に与える影響を抑制した。しかしながら、第1のA像(As_1)および第1のB像(Bs_1)にデジタルフィルタを適用した後に相関量CORを算出することによっても同様の効果を得ることができる。例えば、第1のA像(As_1)および第1のB像(Bs_1)に[1,0,−1]のような行方向のデジタルフィルタを適用したのちに、以下の式(1’)で相関量COR(k)を算出すればよい。
In the present embodiment, the second and third image signal pairs in which the row position of the pixel group used for generating the A image and the row position of the pixel group used for generating the B image are different from each other. By using the above, the influence of the correlation of the noise components contained in the A image and the B image on the defocus amount was suppressed. However, the same effect can be obtained by calculating the correlation amount COR after applying a digital filter to the first A image (As_1) and the first B image (Bs_1). For example, after applying a row-direction digital filter such as [1,0, -1] to the first A image (As_1) and the first B image (Bs_1), the following equation (1') is used. The correlation amount COR (k) may be calculated.
(変形例4)
本実施形態では、A像の生成に用いられている画素群の列位置と、B像の生成に用いられている画素群の列位置とを互いに異ならせた第2及び第3の像信号対を用いることで、A像とB像に含まれるノイズ成分の相関がデフォーカス量に与える影響を抑制した。これは、同じマイクロレンズを共有する複数の画素の出力に含まれるノイズが相関を有することを想定したことによる。しかし、共有するマイクロレンズが同一である場合に限らず、A像とB像に含まれるノイズ成分が相関を有する任意の要因を排除もしくは抑制するようにA像とB像を生成することができる。例えば、信号の経路に存在するフローティングディフュージョン、信号出力線、アンプ回路の1つ以上が重複しないようにA信号とB信号を選択することができる。また、同色のカラーフィルタの透過率にばらつきがある場合、透過率が近いカラーフィルタを有する画素の出力を用いないようにA信号とB信号を選択することができる。
(Modification example 4)
In the present embodiment, the second and third image signal pairs in which the row position of the pixel group used for generating the A image and the row position of the pixel group used for generating the B image are different from each other. By using the above, the influence of the correlation of the noise components contained in the A image and the B image on the defocus amount was suppressed. This is because it is assumed that the noise contained in the outputs of a plurality of pixels sharing the same microlens has a correlation. However, not only when the shared microlens is the same, the A image and the B image can be generated so as to eliminate or suppress an arbitrary factor having a correlation between the noise components contained in the A image and the B image. .. For example, the A signal and the B signal can be selected so that one or more of the floating diffusion, the signal output line, and the amplifier circuit existing in the signal path do not overlap. Further, when the transmittances of the color filters of the same color vary, the A signal and the B signal can be selected so as not to use the output of the pixel having the color filters having similar transmittances.
●(第2の実施形態)
次に、本発明の第2の実施形態について説明する。第1の実施形態との主な違いは、ノイズ成分の相関が低い第2及び第3の像信号対(As_2とBs_2、As_3とBs_3)の生成方法である。第1の実施形態では、1つの画素行から水平方向に信号を間引くことにより第2および第3の像信号列を生成したので、像信号対から検出可能な位相差の分解能が低下する可能性がある。第2の実施形態では、異なる画素行の信号を用いることで、水平方向で信号を間引くことなく、ノイズ成分の相関が低い第2及び第3の像信号対を生成する。これにより、第1の像信号対から検出可能な位相差の分解能と同等の分解能で、かつ像信号に含まれるノイズ成分の相関の影響を抑制しながら、第2(または第3)の像信号対から位相差を検出することを可能にする。
● (Second embodiment)
Next, a second embodiment of the present invention will be described. The main difference from the first embodiment is a method of generating second and third image signal pairs (As_2 and Bs_2, As_3 and Bs_3) having a low correlation of noise components. In the first embodiment, since the second and third image signal sequences are generated by thinning out the signals in the horizontal direction from one pixel row, the resolution of the phase difference detectable from the image signal pair may decrease. There is. In the second embodiment, signals of different pixel rows are used to generate second and third image signal pairs with low correlation of noise components without thinning out the signals in the horizontal direction. As a result, the second (or third) image signal has a resolution equivalent to the resolution of the phase difference that can be detected from the first image signal pair, and suppresses the influence of the correlation of noise components contained in the image signal. It makes it possible to detect the phase difference from the pair.
なお、撮像装置のブロック図(図1)、撮像素子と焦点検出方式の説明図(図3から4)、焦点検出領域の説明図(図6)、焦点調節動作及びデフォーカス量の算出のフローチャート(図8、図9)は、本実施形態においても流用する。 A block diagram of the image pickup device (FIG. 1), an explanatory diagram of the image sensor and the focus detection method (FIGS. 3 to 4), an explanatory diagram of the focus detection region (FIG. 6), a flowchart of the focus adjustment operation and the calculation of the defocus amount. (FIGS. 8 and 9) are also used in the present embodiment.
以下、第2の実施形態における焦点検出用信号の生成処理について説明する。
図10は、焦点検出領域401内に配置された4行2N列の画素を示している。本実施形態でも、i行j列目のAF用A像の信号を作成するために用いられる画素(フォトダイオード201a)およびその出力をA(i,j)と表す。同様に、i行j列目のAF用B像の信号を作成するために用いられる画素(フォトダイオード201b)およびその出力をB(i,j)と表す。
Hereinafter, the process of generating the focus detection signal in the second embodiment will be described.
FIG. 10 shows the pixels of 4 rows and 2N columns arranged in the
第1の実施形態では、水平方向に2画素の出力を加算した加算画素信号から信号列を生成したが、本実施形態では水平2画素×垂直2画素の4画素の出力を加算した加算画素信号から信号列を生成するものとする。ここで、i行目の画素から生成される第1のA像As_1を構成する個々の信号をAs_1(i,k)、第1のB像Bs_1を構成する個々の信号をBs_1(i,k)(kはそれぞれの信号列を構成する信号の番号)とする。この場合、図7に示す4行2N列の画素に対するAs_1(1,k)、Bs_1(1,k)は以下の式(15)のように表すことができる。
As_1(i,k)=A(2×i-1,2×(k-1)+1)+A(2×i-1,2×(k-1)+2)+ A(2×i,2×(k-1)+1)+A(2×i,2×(k-1)+2)
Bs_1(i,k)=B(2×i-1,2×(k-1)+1)+B(2×i-1,2×(k-1)+2)+ B(2×i,2×(k-1)+1)+B(2×i,2×(k-1)+2)
(1≦i≦2) (1≦k≦N) …(15)
In the first embodiment, the signal sequence is generated from the additional pixel signal obtained by adding the outputs of two pixels in the horizontal direction, but in the present embodiment, the added pixel signal obtained by adding the outputs of four pixels of horizontal 2 pixels × vertical 2 pixels. It is assumed that a signal sequence is generated from. Here, the individual signals constituting the first A image As_1 generated from the pixels in the i-th row are As_1 (i, k), and the individual signals constituting the first B image Bs_1 are Bs_1 (i, k). ) (K is the number of the signal constituting each signal sequence). In this case, As_1 (1, k) and Bs_1 (1, k) for the pixels of 4 rows and 2 N columns shown in FIG. 7 can be expressed by the following equation (15).
As_1 (i, k) = A (2 × i-1, 2 × (k-1) +1) + A (2 × i-1, 2 × (k-1) + 2) + A (2 × i, 2 × (k-1) +1) + A (2 × i, 2 × (k-1) + 2)
Bs_1 (i, k) = B (2 x i-1, 2 x (k-1) + 1) + B (2 x i-1, 2 x (k-1) + 2) + B (2 x i, 2 × (k-1) +1) + B (2 × i, 2 × (k-1) + 2)
(1 ≤ i ≤ 2) (1 ≤ k ≤ N) ... (15)
また、i行目の画素から生成される第2のA像As_2を構成する個々の信号をAs_2(i,k)、第2のB像Bs_2を構成する個々の信号をBs_2(i,k)とする。この場合、図10に示す4行2N列の画素に対するAs_2(1,k)、Bs_2(1,k)は以下の式(16)のように表すことができる。
As_2(i,k)=As_1(i,k)
Bs_2(i,k)=Bs_1(i+1,k)
(i=1) (1≦k≦N) …(16)
Further, the individual signals constituting the second A image As_2 generated from the pixels in the i-th row are As_2 (i, k), and the individual signals constituting the second B image Bs_2 are Bs_2 (i, k). And. In this case, As_2 (1, k) and Bs_2 (1, k) for the pixels of 4 rows and 2 N columns shown in FIG. 10 can be expressed by the following equation (16).
As_1 (i, k) = As_1 (i, k)
Bs_1 (i, k) = Bs_1 (i + 1, k)
(I = 1) (1 ≦ k ≦ N)… (16)
さらに、i行目の画素から生成される第3のA像As_3を構成する個々の信号をAs_3(i,k)、第3のB像Bs_3を構成する個々の信号をBs_3(i,k)とする。この場合、図10に示す4行2N列の画素に対するAs_3(1,k)、Bs_3(1,k)は以下の式(17)のように表すことができる。
As_3(i,k)=As_1(i+1,k)
Bs_3(i,k)=Bs_1(i,k)
(i=1) (1≦k≦N) …(17)
Further, the individual signals constituting the third A image As_3 generated from the pixels in the i-th row are As_3 (i, k), and the individual signals constituting the third B image Bs_3 are Bs_3 (i, k). And. In this case, As_3 (1, k) and Bs_3 (1, k) for the pixels of 4 rows and 2 N columns shown in FIG. 10 can be expressed by the following equation (17).
As_3 (i, k) = As_1 (i + 1, k)
Bs_3 (i, k) = Bs_1 (i, k)
(I = 1) (1 ≦ k ≦ N)… (17)
本実施形態においても、第1のA像(As_1)および第1のB像(Bs_1)は、マイクロレンズや読み出し回路を共有する画素の信号に基づいて生成される。そのため、A信号とA+B信号とに含まれるノイズ成分は信号量に対する正の相関を有し、A+B信号からA信号を減じて生成されるB信号に含まれるノイズ成分は、A信号に含まれるノイズ成分と負の相関を有する。従って、式(15)で表される第1のA像(As_1)および第1のB像(Bs_1)に含まれるノイズ成分は相関を有する。 Also in this embodiment, the first A image (As_1) and the first B image (Bs_1) are generated based on the signals of the pixels sharing the microlens and the readout circuit. Therefore, the noise component contained in the A signal and the A + B signal has a positive correlation with the signal amount, and the noise component contained in the B signal generated by subtracting the A signal from the A + B signal is the noise contained in the A signal. Has a negative correlation with the components. Therefore, the noise components contained in the first A image (As_1) and the first B image (Bs_1) represented by the equation (15) have a correlation.
一方、式(16)で表される第2のA像(As_2)および第2のB像(Bs_2)は、異なる画素群(画素行)に基づく第1のA像(As_1)および第1のB像(Bs_1)の組み合わせである。従って、第2のA像(As_2)と、第2のB像(Bs_2)とは、被写体の光学像のサンプリング位置がずれた関係を有する。このように、第2のA像(As_2)の生成に用いられる画素群と、第2のB像(Bs_2)の生成に用いられる画素群とは重複しないため、第2のA像(As_2)と第2のB像(Bs_2)とに含まれるノイズ成分の相関は低い。そのため、第2のA像(As_2)と第2のB像(Bs_2)とを用いて相関量CORを算出することにより、ノイズ成分の相関の影響を抑制した相関量を得ることが可能になる。これらのことは、式(17)で表される第3のA像(As_3)および第3のB像(Bs_3)についても当てはまる。 On the other hand, the second A image (As_2) and the second B image (Bs_2) represented by the equation (16) are the first A image (As_1) and the first image based on different pixel groups (pixel rows). It is a combination of B images (Bs_1). Therefore, the second A image (As_2) and the second B image (Bs_2) have a relationship in which the sampling position of the optical image of the subject is deviated. As described above, since the pixel group used for generating the second A image (As_2) and the pixel group used for generating the second B image (Bs_2) do not overlap, the second A image (As_2) The correlation between the noise component and the second B image (Bs_2) is low. Therefore, by calculating the correlation amount COR using the second A image (As_2) and the second B image (Bs_2), it is possible to obtain a correlation amount in which the influence of the correlation of the noise component is suppressed. .. These things also apply to the third image A (As_3) and the third image B (Bs_3) represented by the formula (17).
また、本実施形態の第2および第3の像信号対は、行方向におけるサンプリングピッチが第1の像信号対と等しい。そのため、第1の実施形態と異なり、第2の像信号対や第3の像信号対から検出される位相差についても、第1の像信号対から検出される位相差と等しい分解能を実現できる。 Further, the second and third image signal pairs of the present embodiment have a sampling pitch in the row direction equal to that of the first image signal pair. Therefore, unlike the first embodiment, the phase difference detected from the second image signal pair and the third image signal pair can also achieve the same resolution as the phase difference detected from the first image signal pair. ..
このように、本実施形態では、所定の画素群ごとに、画素群の出力信号に基づいて、互いが有するノイズ成分に相関のある第1の信号列対(第1のA像As_1および第1のB像Bs_1)を生成する。
また、第1の信号列対を構成する第1の信号列(第1のA像As_1)と第2の信号列(第1のB像Bs_1)のうち、異なる画素群の出力信号に基づいて生成された第1の信号列と第2の信号列とを組み合わせて、第2の信号列対を生成する。
さらに、第1の信号列対を構成する第1の信号列(第1のA像As_1)と第2の信号列(第1のB像Bs_1)のうち、異なる画素群の出力信号に基づいて生成された第1の信号列と第2の信号列とを組み合わせて、第3の信号列対を生成する。ここで、第2の信号列対と第3の信号列対とは、第1の信号列と第2の信号列の組み合わせが異なる。
As described above, in the present embodiment, for each predetermined pixel group, based on the output signal of the pixel group, the first signal sequence pair (first A image As_1 and first A image As_1 and first) correlating with each other's noise components. B image Bs_1) of.
Further, based on the output signals of different pixel groups of the first signal sequence (first A image As_1) and the second signal sequence (first B image Bs_1) constituting the first signal sequence pair. The generated first signal sequence and the second signal sequence are combined to generate a second signal sequence pair.
Further, based on the output signals of different pixel groups of the first signal sequence (first A image As_1) and the second signal sequence (first B image Bs_1) constituting the first signal sequence pair. The generated first signal sequence and the second signal sequence are combined to generate a third signal sequence pair. Here, the combination of the first signal string and the second signal string is different between the second signal string pair and the third signal string pair.
以上のように生成された3対の信号列対のそれぞれについて、第1の実施形態と同様にデフォーカス量の算出処理(図9)のS5041〜5044で位相差(シフト量)dk1〜dk3の検出、およびデフォーカス量Def1,Def2’の算出を行う。本実施形態で得られる、シフト量dk2およびdk3は、互いに異なる画素行の像の相関量に基づくため、A像とB像の波形の差異による誤差が生じうる。ただし、シフト量dk2に含まれうる誤差とシフト量dk3に含まれうる誤差とは符号が異なり略同程度の量となるため、Def2とDef3とを平均してDef2’とすることにより誤差を低減する。 For each of the three pairs of signal sequences generated as described above, the phase difference (shift amount) dk1 to dk3 is obtained in S5041 to 5044 of the defocus amount calculation process (FIG. 9) as in the first embodiment. The detection and defocus amounts Def1 and Def2'are calculated. Since the shift amounts dk2 and dk3 obtained in the present embodiment are based on the correlation amount of the images having different pixel rows, an error may occur due to the difference between the waveforms of the A image and the B image. However, since the error that can be included in the shift amount dk2 and the error that can be included in the shift amount dk3 have different signs and are about the same amount, the error is reduced by averaging Def2 and Def3 to Def2'. do.
このように、本実施形態によれば、相関量の演算に用いる1対の像信号を、互いに異なる画素行の出力に基づいて生成する。この1対の像信号に基づいて相関量を算出することにより、像信号に含まれるノイズの相関の影響が低減された相関量を得ることができる。また、同一画素行の信号に基づいて生成される1対の像信号と同じ分解能で位相差ならびにデフォーカス量を算出することができる。 As described above, according to the present embodiment, a pair of image signals used for calculating the correlation amount is generated based on the outputs of different pixel rows. By calculating the correlation amount based on this pair of image signals, it is possible to obtain a correlation amount in which the influence of the correlation of noise contained in the image signal is reduced. Further, the phase difference and the defocus amount can be calculated with the same resolution as the pair of image signals generated based on the signals of the same pixel row.
(変形例)
第2の実施形態では、異なる画素行から生成した複数の第1の像信号対から、A像とB像の組み合わせを第1の像信号対とは異ならせた2種類の像信号対(第2および第3の像信号対)を生成して相関量の演算を行った。しかし、第2および第3の像信号対の生成方法はこれに限らない。例えば、複数のA像(B像)を加算した信号に対して相関量を演算する場合に、A像については奇数番目の画素行から得られたA像を加算し、B像については偶数番目の画素行から得られたB像を加算するようにしてもよい。逆に、A像については偶数番目の画素行から得られたA像を加算し、B像については奇数番目の画素行から得られたB像を加算するようにしてもよい。また、他の方法を用いてもよい。
(Modification example)
In the second embodiment, two types of image signal pairs (first image signal pairs) in which the combination of the A image and the B image is different from the first image signal pair from a plurality of first image signal pairs generated from different pixel rows. The second and third image signal pairs) were generated and the correlation amount was calculated. However, the method of generating the second and third image signal pairs is not limited to this. For example, when calculating the correlation amount for a signal obtained by adding a plurality of A images (B images), the A image obtained from the odd-numbered pixel rows is added for the A image, and the even-numbered B image is added. The B image obtained from the pixel rows of may be added. On the contrary, for the A image, the A image obtained from the even-numbered pixel rows may be added, and for the B image, the B image obtained from the odd-numbered pixel rows may be added. Moreover, other method may be used.
また、ノイズ成分の相関が低い像信号対から算出した相関量Def2,Def3の平均化処理は行わなくてもよい。例えば、A像とB像との波形の差が十分に少ないと見込める場合にはDef2またはDef3の一方のみを求め、Def2’として用いてもよい。例えば、被写体のコントラストの方向が斜めではなく、位相差検出方向にのみ、コントラスト変化がある場合などが例示できるが、これに限定されない。 Further, it is not necessary to perform the averaging process of the correlation amounts Def2 and Def3 calculated from the image signal pair having a low correlation of the noise components. For example, when it is expected that the difference between the waveforms of the A image and the B image is sufficiently small, only one of Def2 and Def3 may be obtained and used as Def2'. For example, the case where the contrast direction of the subject is not diagonal and the contrast changes only in the phase difference detection direction can be exemplified, but the present invention is not limited to this.
異なる画素行から像信号対を生成することによる像信号の形状の差異を低減するために、n番目の画素行の出力信号から生成したA像と対をなすB像を、(n−1)番目と(n+1)番目の画素行の出力信号から生成した2つのB像を平均化して生成してもよい。また、相関量Def2、Def3の平均化処理の代わりに、シフト量dk2、dk3に対して平均化処理を行ってもよい。 In order to reduce the difference in the shape of the image signal due to the generation of the image signal pair from different pixel rows, the B image paired with the A image generated from the output signal of the nth pixel row is generated (n-1). The two B images generated from the output signals of the th and (n + 1) th pixel rows may be averaged and generated. Further, instead of the averaging process of the correlation amounts Def2 and Def3, the averaging process may be performed on the shift amounts dk2 and dk3.
(その他の実施形態)
本発明は、上述の実施形態の1以上の機能を実現するプログラムを、ネットワーク又は記憶媒体を介してシステム又は装置に供給し、そのシステム又は装置のコンピュータにおける1つ以上のプロセッサーがプログラムを読出し実行する処理でも実現可能である。また、1以上の機能を実現する回路(例えば、ASIC)によっても実現可能である。
(Other embodiments)
The present invention supplies a program that realizes one or more functions of the above-described embodiment to a system or device via a network or storage medium, and one or more processors in the computer of the system or device reads and executes the program. It is also possible to realize the processing. It can also be realized by a circuit (for example, ASIC) that realizes one or more functions.
14…撮像素子、20…画像処理部、50…システム制御部、100…カメラ、300…撮影レンズ、306…レンズマウント、342…フォーカス制御部、346…レンズシステム制御部。 14 ... image pickup element, 20 ... image processing unit, 50 ... system control unit, 100 ... camera, 300 ... photographing lens, 306 ... lens mount, 342 ... focus control unit, 346 ... lens system control unit.
Claims (20)
前記複数の像信号対のそれぞれについて、 像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出手段と、
前記算出手段が算出した位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、
前記生成手段は、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記調節手段は、被写体のコントラストの評価値が閾値以上である場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記評価値が閾値未満である場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする焦点検出装置。 A plurality of first signals obtained from a plurality of first photoelectric conversion units that receive a light flux passing through the first pupil region of the exit pupil of the photographing optical system, and a second pupil of the exit pupil of the photographing optical system. A generation means for generating a plurality of image signal pairs from a plurality of second signals obtained from a plurality of second photoelectric conversion units that receive a light flux passing through a region.
For each of the plurality of image signal pairs, a calculation means for calculating the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair.
A focus detection device including an adjusting means for adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated by the calculating means.
Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
The generation means generates the first image signal from the first signal and the second image signal from the second signal.
Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
The adjusting means is based on the phase difference of the first image signal pair when the evaluation value of the contrast of the subject is equal to or more than the threshold value, and the second image signal when the evaluation value is less than the threshold value. based on the phase difference of the pair to adjust the focal distance of the photographing optical system,
A focus detector characterized by that.
前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出手段と、 A calculation means for calculating the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
前記算出手段が算出した位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、 A focus detection device including an adjusting means for adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated by the calculating means.
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、 Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
前記生成手段は、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、 The generation means generates the first image signal from the first signal and the second image signal from the second signal.
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、 Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
前記調節手段は、環境輝度の評価値が閾値以上である場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記評価値が閾値未満である場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、 The adjusting means is based on the phase difference of the first image signal pair when the evaluation value of the environmental brightness is equal to or more than the threshold value, and the second image signal pair when the evaluation value is less than the threshold value. The focusing distance of the photographing optical system is adjusted based on the phase difference of.
ことを特徴とする焦点検出装置。A focus detector characterized by that.
前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出手段と、 A calculation means for calculating the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
前記算出手段が算出した位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、 A focus detection device including an adjusting means for adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated by the calculating means.
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、 Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
前記生成手段は、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、 The generation means generates the first image signal from the first signal and the second image signal from the second signal.
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、 Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
前記調節手段は、前記複数の像信号対のピーク値が閾値より大きい場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記ピーク値が前記閾値より大きくない場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、 The adjusting means is based on the phase difference of the first image signal pair when the peak value of the plurality of image signal pairs is larger than the threshold value, and the second adjustment means when the peak value is not larger than the threshold value. The focusing distance of the photographing optical system is adjusted based on the phase difference of the image signal pair.
ことを特徴とする焦点検出装置。A focus detector characterized by that.
前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出手段と、 A calculation means for calculating the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
前記位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節手段と、を有する焦点検出装置であって、 A focus detection device comprising an adjusting means for adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference.
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、 Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
前記生成手段は、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、 The generation means generates the first image signal from the first signal and the second image signal from the second signal.
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、 Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
前記調節手段は、前記複数の像信号対の信号量の多さに関する評価値と閾値との大小関係に基づいて、前記複数の像信号対の信号量が多いと判定される場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記複数の像信号対の信号量が多いと判定されない場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、 The adjusting means is said to be the first when it is determined that the signal amount of the plurality of image signal pairs is large based on the magnitude relationship between the evaluation value and the threshold value regarding the amount of signals of the plurality of image signal pairs. If it is not determined that the signal amount of the plurality of image signal pairs is large based on the phase difference of the two image signal pairs, the focusing of the photographing optical system is based on the phase difference of the first image signal pair. Adjust the distance,
ことを特徴とする焦点検出装置。A focus detector characterized by that.
前記第1の像信号対の前記第1の像信号の生成に用いる前記第1の信号の一部を用いて前記第2の像信号対の前記第1の像信号を生成し、
前記第1の像信号対の前記第2の像信号の生成に用いる前記第2の信号の一部を用いて前記第2の像信号対の前記第2の像信号を生成する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の焦点検出装置。 The generation means
A part of the first signal used for generating the first image signal of the first image signal pair is used to generate the first image signal of the second image signal pair.
A part of the second signal used for generating the second image signal of the first image signal pair is used to generate the second image signal of the second image signal pair.
The focus detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the focus detection device is characterized.
第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、前記第3の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記生成手段は、
前記第1の像信号対の前記第1の像信号の生成に用いる前記第1の信号の一部であって、前記第2の像信号対の前記第1の像信号の生成には用いられない第1の信号を用いて前記第3の像信号対の前記第1の像信号を生成し、
前記第1の像信号対の前記第2の像信号の生成に用いる前記第2の信号の一部であって、前記第2の像信号対の前記第2の像信号の生成には用いられない第2の信号を用いて前記第3の像信号対の前記第2の像信号を生成し、
前記調節手段は、前記第1の像信号対の位相差に基づかずに前記撮影光学系の合焦距離を調節する場合、前記第2の像信号対の位相差および前記第3の像信号対の位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする請求項1から請求項6のいずれか1項に記載の焦点検出装置。 The plurality of image signal pairs further include a third image signal pair.
The first image signal forming the third image signal pair is more than the correlation of the noise component contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation of the noise component contained in the second image signal is low,
The generation means
It is a part of the first signal used for generating the first image signal of the first image signal pair, and is used for generating the first image signal of the second image signal pair. The first image signal of the third image signal pair is generated using the first signal that does not exist.
It is a part of the second signal used for generating the second image signal of the first image signal pair, and is used for generating the second image signal of the second image signal pair. The second image signal of the third image signal pair is generated by using the second signal that does not exist.
When the adjusting means adjusts the focusing distance of the photographing optical system without being based on the phase difference of the first image signal pair, the phase difference of the second image signal pair and the third image signal pair The focusing distance of the photographing optical system is adjusted based on the phase difference of
The focus detection device according to any one of claims 1 to 6, wherein the focus detection device is characterized.
前記第2の像信号対を、前記第1の像信号対とは異なる第1の像信号と第2の像信号の組み合わせとして生成する、
ことを特徴とする請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の焦点検出装置。 The generation means
The second image signal pair is generated as a combination of a first image signal and a second image signal different from the first image signal pair.
The focus detection device according to any one of claims 1 to 5, wherein the focus detection device is characterized.
第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、前記第3の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記生成手段は、
前記第3の像信号対を、異なる前記第1の像信号対を構成する第1の像信号と第2の像信号との組み合わせとして生成し、
前記第2の像信号対と前記第3の像信号対では、前記第1の像信号対を構成する第1の像信号と第2の像信号との組み合わせを異ならせ、
前記調節手段は、前記第1の像信号対の位相差に基づかずに前記撮影光学系の合焦距離を調節する場合、前記第2の像信号対の位相差および前記第3の像信号対の位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする請求項8に記載の焦点検出装置。 The plurality of image signal pairs further include a third image signal pair.
The first image signal forming the third image signal pair is more than the correlation of the noise component contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation of the noise component contained in the second image signal is low,
The generation means
The third image signal pair is generated as a combination of the first image signal and the second image signal constituting the different first image signal pair.
In the second image signal pair and the third image signal pair, the combination of the first image signal and the second image signal constituting the first image signal pair is different .
When the adjusting means adjusts the focusing distance of the photographing optical system without being based on the phase difference of the first image signal pair, the phase difference of the second image signal pair and the third image signal pair The focusing distance of the photographing optical system is adjusted based on the phase difference of
The focus detection device according to claim 8.
前記像信号対は、マイクロレンズを共有しない複数の第1の光電変換部と複数の第2の光電変換部とから得られる前記複数の第1の信号と前記複数の第2の信号とを対として含むことを特徴とする請求項1から請求項10のいずれか1項に記載の焦点検出装置。 Each of the plurality of first signals and the plurality of second signals has a microlens and a first photoelectric conversion unit and a second photoelectric conversion unit that share the microlens. Obtained from the imaging element,
The image signal pair is a pair of the plurality of first signals and the plurality of second signals obtained from the plurality of first photoelectric conversion units and the plurality of second photoelectric conversion units that do not share a microlens. The focus detection device according to any one of claims 1 to 10, wherein the focus detection device is included.
ことを特徴とする請求項11に記載の焦点検出装置。 The image signal pair includes a plurality of the first signals and a plurality of the first signals obtained from the plurality of the first photoelectric conversion units and the plurality of the second photoelectric conversion units that share the microlens or the signal path. It is composed of a first image signal and a second image signal having a lower correlation of noise components contained than the first image signal and the second image signal generated from the second signal.
The focus detection device according to claim 11.
前記複数の前記第1の光電変換部と前記複数の前記第2の光電変換部とを有する撮像素子と、
を有することを特徴とする撮像装置。 The focus detection device according to any one of claims 1 to 14.
An image pickup device having the plurality of the first photoelectric conversion units and the plurality of the second photoelectric conversion units.
An imaging device characterized by having.
算出手段が、前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出工程と、
調節手段が、前記算出工程で算出された位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、
前記生成工程では、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、
前記調節工程では、被写体のコントラストの評価値が閾値以上である場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記評価値が閾値未満である場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。 The generation means includes a plurality of first signals obtained from a plurality of first photoelectric conversion units that receive a light flux passing through the first pupil region of the exit pupil of the photographing optical system, and the exit pupil of the photographing optical system. A generation step of generating a plurality of image signal pairs from a plurality of second signals obtained from a plurality of second photoelectric conversion units that receive a light flux passing through the second pupil region.
A calculation step in which the calculation means calculates the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
The adjusting means is a control method of a focus detecting device having an adjusting step of adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated in the calculation step.
Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
In the generation step, the first image signal is generated from the first signal, and the second image signal is generated from the second signal.
Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
In the adjustment step, the second image signal is based on the phase difference of the first image signal pair when the evaluation value of the contrast of the subject is equal to or more than the threshold value, and when the evaluation value is less than the threshold value. based on the phase difference of the pair to adjust the focal distance of the photographing optical system,
A control method for a focus detector, characterized in that.
算出手段が、前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出工程と、 A calculation step in which the calculation means calculates the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
調節手段が、前記算出工程で算出された位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、 The adjusting means is a control method of a focus detecting device having an adjusting step of adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated in the calculation step.
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、 Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
前記生成工程では、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、 In the generation step, the first image signal is generated from the first signal, and the second image signal is generated from the second signal.
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、 Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
前記調節工程では、環境輝度の評価値が閾値以上である場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記評価値が閾値未満である場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、 In the adjustment step, when the evaluation value of the environmental brightness is equal to or more than the threshold value, the phase difference of the first image signal pair is used, and when the evaluation value is less than the threshold value, the second image signal pair is obtained. The focusing distance of the photographing optical system is adjusted based on the phase difference of.
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。A control method for a focus detector, characterized in that.
算出手段が、前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出工程と、 A calculation step in which the calculation means calculates the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
調節手段が、前記算出工程で算出された位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、 The adjusting means is a control method of a focus detecting device having an adjusting step of adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated in the calculation step.
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、 Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
前記生成工程では、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、 In the generation step, the first image signal is generated from the first signal, and the second image signal is generated from the second signal.
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、 Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
前記調節工程では、前記複数の像信号対のピーク値が閾値より大きい場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記ピーク値が前記閾値より大きくない場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、 In the adjustment step, when the peak value of the plurality of image signal pairs is larger than the threshold value, the phase difference of the first image signal pair is used, and when the peak value is not larger than the threshold value, the second image signal pair is described. The focusing distance of the photographing optical system is adjusted based on the phase difference of the image signal pair.
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。A control method for a focus detector, characterized in that.
算出手段が、前記複数の像信号対のそれぞれについて、像信号対を構成する1対の像信号を用いた相関演算により、前記1対の像信号の位相差を算出する算出工程と、 A calculation step in which the calculation means calculates the phase difference of the pair of image signals by a correlation calculation using a pair of image signals constituting the image signal pair for each of the plurality of image signal pairs.
調節手段が、前記算出工程で算出された位相差に基づいて前記撮影光学系の合焦距離を調節する調節工程と、を有する焦点検出装置の制御方法であって、 The adjusting means is a control method of a focus detecting device having an adjusting step of adjusting the focusing distance of the photographing optical system based on the phase difference calculated in the calculation step.
前記複数の像信号対の各々は、第1の像信号と第2の像信号とからなり、 Each of the plurality of image signal pairs comprises a first image signal and a second image signal.
前記生成工程では、前記第1の信号から前記第1の像信号を、前記第2の信号から前記第2の像信号を生成し、 In the generation step, the first image signal is generated from the first signal, and the second image signal is generated from the second signal.
前記複数の像信号対のうち、第1の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関よりも、第2の像信号対を構成する前記第1の像信号と前記第2の像信号とに含まれるノイズ成分の相関が低く、 Of the plurality of image signal pairs, a second image signal pair is formed rather than a correlation of noise components contained in the first image signal and the second image signal forming the first image signal pair. The correlation between the noise component contained in the first image signal and the second image signal is low.
前記調節工程では、前記複数の像信号対の信号量の多さに関する評価値と閾値との大小関係に基づいて、前記複数の像信号対の信号量が多いと判定される場合には前記第2の像信号対の位相差に基づいて、前記複数の像信号対の信号量が多いと判定されない場合には前記第1の像信号対の位相差に基づいて、前記撮影光学系の合焦距離を調節する、 In the adjustment step, when it is determined that the signal amount of the plurality of image signal pairs is large based on the magnitude relationship between the evaluation value and the threshold value regarding the large amount of signals of the plurality of image signal pairs, the first step is made. If it is not determined that the signal amount of the plurality of image signal pairs is large based on the phase difference of the two image signal pairs, the focusing of the photographing optical system is based on the phase difference of the first image signal pair. Adjust the distance,
ことを特徴とする焦点検出装置の制御方法。A control method for a focus detector, characterized in that.
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